Mikroziarna kontrolujące fale dźwiękowe

piasek

W pewnym sensie, materiał sypki, granulowany – jak kupka piasku – może zachowywać się podobnie jak kryształ z upakowanymi blisko siebie ziarnami doskonale naśladując uporządkowanie sieci krystalicznej. Naukowcy z MIT odkryli że tworząc “dwuwymiarowe” warstwy mikro ziarenek, za pomocą których można kierować falą akustyczną, podobnie jak specjalnie zaprojektowane kryształy mogą kontrolować przepuszczanie fal świetlnych i innych fal. Badacze twierdzą że odkrycie może doprowadzić do nowego sposobu kontrolowania częstotliwości w urządzeniach elektronicznych takich jak telefony komórkowe, ale z komponentami których tylko ułamek wielkości jest stosowany do tej funkcji. Natomiast na większą skalę może to prowadzić do powstania nowego rodzaju materiałów odpornych na fale uderzeniowe powstające w trakcie wybuchów, które znalazły by zastosowanie głównie w miejscach prowadzenia działań wojennych a także dziedzinie bezpieczeństwa publicznego.

Badania własności materiałów sypkich – małych ziaren piasku czy też drobnych kulek szklanych – stały się bogatym i szybko rozwijającym się polem naukowym. Ale badania w tej dziedzinie były najbardziej skoncentrowane wokół własności materiałów sypkich o milimetrowych rozmiarach średnicy ziaren. Nowa praca badawcza jest pierwszą która ma na celu zbadanie bardzo zróżnicowanych własności cząsteczek o rozmiarach jednej tysięcznej rozmiaru poprzednich badań, lub po prostu wielkości mikrometrów których właściwości były przewidywane jako odmienne “jakościowo”.

W swoich eksperymentach zespół wykorzystał pojedynczą warstwę mikro ziaren aby wprowadzić i spowolnić falę dźwiękową (znaną jako fala powierzchniowa) wędrującą po powierzchni. Naukowcy wykorzystali rozwiązania stosowane wcześniej w badaniu kontroli fal świetlnych co wiązało się z wykorzystaniem kryształów fotonicznych. Fale powierzchniowe są szeroko stosowane w urządzeniach takich jak telefony komórkowe. Podobnie jak zegary dają jeden sygnał częstotliwości aby synchronizować układy i części układów scalonych. Przy wykorzystaniu nowego systemu można znacznie zmniejszy rozmiar urządzenia potrzebnego do przetwarzania fal powierzchniowych. Współczesne oscylatory takich fal są dużych rozmiarów, natomiast wykorzystanie warstwy materiału sypkiego umożliwiłoby kierowanie oraz spowalnianie fal, a także zmniejszyć rozmiary oscylatorów do 1/6 obecnych wymiarów.

Co więcej warstwowa natura systemu umożliwia zamocowanie go bezpośrednio na chipie wraz z obwodami sterowania oraz innymi komponentami. Tradycyjne oscylatory są umieszczane osobno, tak więc nowe rozwiązanie pozwoli również zaoszczędzić przestrzeń w tej kwestii prowadząc do miniaturyzacji urządzeń. System może również znaleźć zastosowanie w budowie czujników do pomiaru mikrowagi, niewielkich zmian masy badanego obiektu. Na tej samej zasadzie, nowy projekt może prowadzić do opracowania nowych materiałów odpornych na falę uderzeniową powstającą w trakcie wybuchu. Jeśli fala uderzeniowa (akustyczna) napotka pod kątem prostym ścianę wzmocnioną drobinkami piasku w postaci warstwy, większość energii zostanie przekształcone w fale powierzchniowe poruszające się na boki muru. Struktura sandwich mogłaby natomiast służyć jako wzmocnienie do lekkich pancerzy dla żołnierzy.

Źródła:
[1] http://web.mit.edu/newsoffice/2013/a-layer-of-tiny-grains-can-slow-sound-waves-0805.html | 05.08.2013
[2] Sand Texture #2 by [Duncan], flickr.com, CC by 2.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *