超材料以常规材料为基础,在微观层面展现非凡特性,例如聚焦声波的声学透镜或轻质防弹薄膜。工程师们通过微观结构的设计,尝试发现材料的特殊转换方式,但要确切验证其效果,需要物理测试。然而,微观层面对超材料施加力并了解其反应至今仍是挑战。
麻省理工学院的研究团队开发了一项新技术,运用两束激光来检测超材料。一束激光快速击中结构,另一束则测量振动响应模式,类似于敲钟并记录回声。激光不触碰,但可在超材料微小梁和支柱上产生振动,仿佛遭受了物理撞击、拉伸或剪切。
利用超快速激光脉冲,短短几分钟内激发并测量数百个微型结构。这项技术首次为微观尺度上的超材料提供了安全、高效的动态表征方法。
麻省理工学院的研究团队命名此技术为LIRAS(激光诱导共振声光谱法)。这项技术发表在Nature期刊上,为动态应用领域带来新的探索,如保护结构、医疗超声和振动隔离。
激光脉冲效果图像直观展示了泵和探针脉冲在样品中心的交互作用。LIRAS技术能在短时间内完成对所有样品的扫描分析。
Carlos Portela使用3D打印技术制造由微观支柱和梁组成的细小的塔状结构。这些结构赋予聚合物一些特殊性质。
通过超声波激光安全诱导超材料塔振动,高度从50到200μm不等,类似于纳米压痕法,但无需物理接触。
通过激光激发超材料结构,捕捉数百座微型塔的振动反应,并从中提取出动态特性,对其响应刚度和声波传播速度进行精确测定。
使用相同技术探测塔结构中的缺陷。特定缺陷在振动模式中显示出不同特性,这种技术类似于扫描装配线上的结构。
激光装置的普及将推动超材料在实际世界中的发展和应用。对于Carlos Portela,他着眼于制造能聚焦超声波的超材料,例如用于提高超声波探头灵敏度的材料,以及抗冲击材料。