Métamatériau ferroélectrique moléculaire imprimé en 3D en perchlorate d'imidazolium. Crédit :Université de Buffalo
Une équipe de recherche dirigée par l'Université de Buffalo a signalé un nouveau métamatériau ferroélectrique moléculaire imprimé en 3D.
L'avancement, publié lundi dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , est une étape pour rendre ces matériaux extraordinaires créés en laboratoire plus abordables et adaptables à d'innombrables technologies multifonctionnelles. Il pourrait profiter de tout, des couvertures acoustiques pour l'insonorisation des avions aux amortisseurs et aux capes élastiques qui protègent les systèmes électroniques sensibles des perturbations mécaniques externes.
"Le ciel est la limite quand il s'agit de métamatériaux ferroélectriques, " dit l'auteur principal de l'étude, Shenqiang Ren, Doctorat., professeur au Département de génie mécanique et aérospatial de l'UB School of Engineering and Applied Sciences.
Parmi les intérêts de recherche de Ren, qui occupe des postes au département de chimie de l'UB et à l'institut RENEW de l'université, est la conception et l'assemblage de ferroélectriques moléculaires à haute température. Pour l'étude, il a réuni une équipe qui comprend :
Six étudiants chercheurs diplômés, dirigés par Yong Hu dans le laboratoire de Ren, Zipeng Guo dans le laboratoire de Zhou et Andrew Ragonese dans le laboratoire de Nouh sont parmi les co-auteurs de l'étude.
Un métamatériau est un matériau conçu pour avoir une propriété qui ne se trouve pas dans les matériaux naturels. La ferroélectricité se rapporte aux substances cristallines qui ont une polarisation électrique spontanée qui est réversible par un champ électrique.
Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont étudié comment fusionner des matériaux avec ces propriétés. Bien que des progrès aient été accomplis, les chercheurs se sont efforcés de produire des métamatériaux ferroélectriques rentables et facilement adaptables aux dispositifs électroniques et mécaniques.
La nouvelle étude s'attaque à ces problèmes en utilisant les dernières avancées en informatique, la fabrication additive, conception de matériaux, acoustique et autres domaines.
L'équipe de recherche a conçu un plan pour imprimer en 3D un réseau cristallin ferroélectrique supporté par un échafaudage en perchlorate d'imidazolium.
Une technologie de fabrication de pointe émergente, Les imprimantes 3D peuvent fabriquer directement des produits à partir de la conception numérique avec un contrôle précis sur les structures, matériaux et fonctionnalités, dit Zhou. À son tour, cela crée des opportunités de faire progresser les découvertes de matériaux et d'étendre les applications industrielles.
Les résultats, Ren dit, ouvrir la voie à l'utilisation d'imprimantes 3D pour créer des métamatériaux ferroélectriques moléculaires. La conception unique du treillis lui permet de corriger automatiquement tout écart par rapport à la conception pendant que le matériau est encore en cours d'impression. Aussi, la rigidité du matériau - sa résistance à la déformation - est reprogrammable, lequel, à son tour, permet aux chercheurs de "régler" le matériau pour filtrer différentes fréquences de sous-longueur d'onde.
Sur papier, Nouh dit, Les métamatériaux fournissent une plate-forme unique pour obtenir un contrôle sans précédent sur la propagation du son et la manipulation des ondes acoustiques. Un tel potentiel ne peut être réalisé que si les chercheurs sont capables de créer de tels matériaux - un objectif vers lequel ce travail se dirige.
Le travail a été partiellement financé par l'US Army Research Office (ARO).
"L'une des raisons pour lesquelles ARO finance le projet du professeur Ren est que les ferroélectriques moléculaires se prêtent à des méthodes de traitement ascendantes - comme l'impression 3D - qui seraient autrement difficiles à utiliser avec les ferroélectriques céramiques traditionnels, " a déclaré Evan Runnerstrom, Doctorat., directeur de programme Bureau de recherche de l'armée, un élément du laboratoire de recherche de l'armée du commandement du développement des capacités de combat de l'armée américaine. "Cela ouvre la voie à des métamatériaux accordables pour l'amortissement des vibrations ou l'électronique reconfigurable, ce qui pourrait permettre aux futures plates-formes de l'armée de s'adapter aux conditions changeantes."
