超材料是工程技術(shù)的產(chǎn)物。它們由日常聚合物、陶瓷和金屬制成。當(dāng)在微觀尺度上精確構(gòu)造時(shí)，這些普通材料可以呈現(xiàn)出非凡的特性。

在計(jì)算機(jī)模擬的幫助下，工程師們可以隨意組合各種微觀結(jié)構(gòu)，以觀察某些材料如何變形，例如，變成聲音聚焦聲透鏡或輕質(zhì)防彈膜。

但模擬只能進(jìn)行到目前為止的設(shè)計(jì)。要確定超材料是否符合預(yù)期，必須對(duì)其進(jìn)行物理測(cè)試。但是，目前還沒有可靠的方法在微觀尺度上對(duì)超材料進(jìn)行推拉，并且在此過程中不接觸和物理?yè)p壞結(jié)構(gòu)，以了解它們的反應(yīng)。

現(xiàn)在，一種新的基于激光的技術(shù)提供了一種安全快速的解決方案，可以加速發(fā)現(xiàn)有前景的超材料，以用于現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用。

這項(xiàng)技術(shù)由麻省理工學(xué)院的工程師開發(fā)，通過兩個(gè)激光器系統(tǒng)探測(cè)超材料——一個(gè)快速擊打結(jié)構(gòu)，另一個(gè)測(cè)量其響應(yīng)振動(dòng)的方式，就像用木槌敲擊鈴鐺并記錄其回聲。與木槌不同，激光器沒有物理接觸。然而，它們可以在超材料的細(xì)小光束和支柱中產(chǎn)生振動(dòng)，就像結(jié)構(gòu)被物理撞擊、拉伸或剪切一樣。

這張光學(xué)顯微照片顯示了反射基板上的微觀超材料樣品陣列。

工程師們可以利用所產(chǎn)生的振動(dòng)來(lái)計(jì)算材料的各種動(dòng)態(tài)特性，例如它對(duì)沖擊的反應(yīng)以及它如何吸收或散射聲音。通過超快激光脈沖，他們可以在幾分鐘內(nèi)激發(fā)和測(cè)量數(shù)百個(gè)微型結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)新技術(shù)首次提供了一種安全、可靠和高通量的方法來(lái)動(dòng)態(tài)表征微尺度超材料。

麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系英國(guó)人和亞歷克斯·達(dá)貝爾夫職業(yè)發(fā)展教授卡洛斯·波特拉說(shuō)：“我們需要找到更快的測(cè)試、優(yōu)化和調(diào)整這些材料的方法。通過這種方法，我們可以根據(jù)你想要的特性，加速發(fā)現(xiàn)最佳材料�！�

波特爾拉和他的同事在《自然》雜志上發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)介紹了他們的新系統(tǒng)，他們將這個(gè)系統(tǒng)命名為L(zhǎng)IRAS（激光誘導(dǎo)共振聲光譜）。他的麻省理工學(xué)院的合著者包括第一作者云凱、索馬亞朱魯·杜利帕拉、雷切爾·孫、杰特·萊姆和托馬斯·佩澤爾，以及能源部堪薩斯城國(guó)家安全校園的華盛頓·德利馬。

一個(gè)緩慢的提示

波爾特拉研究的超材料由普通聚合物制成，他通過3D打印將其制成由微觀支柱和橫梁組成的支架狀小塔。每個(gè)塔通過重復(fù)和分層單個(gè)幾何單元進(jìn)行圖案化，例如連接橫梁的八角形結(jié)構(gòu)。當(dāng)端對(duì)端堆疊時(shí)，塔的排列可以賦予整個(gè)聚合物以它原本沒有的特性。