0

Тесселяции появляются в шаблонных слоистых материалах

Шаблонированиеэто процесс добавления искусственных структур в исходный материал. Техника была продемонстрирована для многих типов материалов, которые образуют структуры, которые являются либо инверсией, либо копией шаблона.

В последние десятилетия самосборные материалы подвергались шаблонным стратегиям, что приводило к образованию новых структур, отсутствующих ни в шаблоне, ни в самосборном материале. Это показывает огромный потенциал подхода для изготовления оптических метаматериаловискусственно структурированных материалов с инженерными электромагнитными свойствами. Однако это требует, чтобы материалы были расположены в субмикронном диапазоне размеров для взаимодействия с видимым и ближним инфракрасным светом.

Специальный класс композитных материалов, называемый эвтектикой, доступен в широком диапазоне композиций и может образовывать структуры с характерными длинами в субмикронном режиме. Эвтектические материалы состоят из элементов или соединений, которые имеют разные температуры плавления, которые при объединении образуют смесь с одной, более низкой температурой плавления и замерзания.

По мере затвердевания эвтектики ее компоненты самостоятельно собираются в трехмерные структурированные композиты, которые регулярно используются в технологических приложениях, включая лопатки турбин и припои. cependant, поскольку эти композиты затвердевают из расплава, самоорганизующиеся структуры могут образовывать дефекты.

Чтобы устранить это препятствие, группа исследователей из Университета Иллинойса и Университета Мичигана предложила использовать шаблонную стратегию с эвтектическими материалами для формирования новых и сложных мезоструктур для оптических применений. Наука, лежащая в основе концепции использования шаблонов для организации этих композитов и потенциальных проблем, была впервые подробно рассмотрена здесь.

«Материалы сложны, но если вы понимаете основную физику, вы можете построить модель, которая может предсказать, как они ведут себя. Модель фазового поля позволяет нам моделировать, как жидкость затвердевает, образуя различные структуры, даже когда это происходит в рамках сложного шаблона », – сказал Кацуйо Торнтон, профессор Мичиганского университета, который руководил теоретической частью исследования; ее аспирант Эрик Хэнсон провел симуляции.
Их команда недавно продемонстрировала способ реконфигурирования простой послойной структуры эвтектики в шаблоны тесселяции, используя их концепцию шаблонов. «Ранее мы показали образование новых микроструктур путем создания шаблонной системы, а именно эвтектики хлорид серебра-хлорид калия, которая естественным образом образует слоистую структуру.

«При принудительном замораживании в шаблоне кинетика затвердевания в этих композитах модифицируется таким образом, что эвтектика следует ограничениям, установленным шаблоном. ainsi, выбрав подходящий шаблон, подобный тому, который мы покажем в этой работе, можно получить индивидуальные микроструктуры в этих композитах », – сказал Ашиш Кулкарни, аспирант из Иллинойса и первый автор исследования.

Исследователи продемонстрировали, que, когда простой многослойный композит затвердевает внутри шаблона колонны, это приводит к появлению никогда ранее не встречавшихся спицоподобных структур. «Поскольку появление этих паттернов определяется тем, насколько быстро жидкость затвердевает, у нас есть простая ручка в виде скорости замерзания, которую можно настроить для создания разных паттернов», – сказал Пол Браун, профессор Университета Иллинойса и ведущий автор исследования.

Modèle, показывающая, как простой слоистый материал, изображенный оранжевым и синим цветом, превращается в сложный мозаичный композитный материал, когда он замерзает вокруг шаблона (частично удаленного, чтобы лучше показать эвтектику), изображенного серым цветом.

В этой работе они показали, что возникающие микроструктуры имеют удивительное сходство с архимедовыми тесселяциями, которые были известны с 1600-х годов, но впервые сформированы из шаблонных неорганических материалов.

«Последствия этой работы далеко идущие, так как этот метод может быть использован для создания нарушающих симметрию структур в металлодиэлектрических композитах и ​​использования в невзаимных метазолях», – говорит Руню Чжан, бывший аспирант Иллинойса и соавтор Автор в этом исследовании. «Это может быть достигнуто с помощью различных шаблонов, которые могут быть изготовлены с помощью голографической литографии, как показано в этой статье».

«Учитывая возможность избирательного травления одной фазы эвтектического композита и возможность его замены другим материалом, этот метод может способствовать созданию целевых микроструктур для использования в качестве оптических метаматериалов», – заключил Кулкарни.

Article original

Laisser un commentaire

Votre adresse email ne sera pas publiée.