科大科研人员研发出具流体特质的固体超材料 可用于滤波或有助于防地震建筑

23.03.2017  20:14
沈平教授(中)及其研究团队成员马冠聪博士(左)及傅财星先生(右) - 香港科技大学
固体超材料 - 香港科技大学
超材料由三种固体物料所组成─钢、硅胶、人工树脂 - 香港科技大学
来源: www.ust.hk

香港科技大学(科大)科研人员成功创造出可以阻挡横波传递的固体复合材料,该特质是流体独有的波特性。而横波可以在地震时引发具破坏性的水平摇晃。该复合材料又称为超材料,可以用于滤波及控制振动,最终或有机会提供一种防地震的方法,或用于改善医疗用超声波传感器的效率。

由该团队所研发出的超材料,是由三种固体物料所组成的复合材料,钢柱包上硅胶,嵌入人工树脂内,当中包裹着钢柱的弹性硅胶层,在钢柱的侧面以及上下两端的厚度并不相同,作用有如弹簧,运用各向异性共振效应,超材料在特定的频率范围内,可以传递纵波,阻隔横波。

该科学突破是由 物理学系 的蒙民伟博士纳米科学教授沈平所带领的团队,包括马冠聪博士及傅财星先生所研发。沈平教授表示:「这项独特的超材料结构,令固体及流体在波特性方面的分界变得模糊,亦开拓了固体弹性特质的新领域。这全新的概念有机会用于控制振动及应用于医疗方面。」该研究论文于去年十一月被刊登于自然通讯。

根据联合国报告,地震是造成最多人命伤亡的自然灾害。地震带地区的建筑所采用的设计及物料,对减少伤亡有关键作用。这种最新的防地震固体超材料可以嵌入柱及横梁,以节省空间。这种超材料亦有可能用于翻新现有的建筑,以提高防震效果。

具流体特质的固体或可用于改善医疗超声波传感器的效率。人体组织在弹性上与水接近,而超声波传感器是由固体物料所造成,运用超材料可以令固体的波特性与水更匹配,因而减少两个界面接触时的能源消耗,从以提高耦合效率,并减低超声波传感器的杂讯。

横波及纵波是两种基本的波动模式。两种模式都可以在固体物料中传递,但流体物料则会阻挡横波的传递。科大团队首次在实验中观察到固体复合材料亦可有流体的特质。该研究经费来自陈子亭教授的「新型的光波和声波功能材料」研究项目,陈教授的项目获大学教育资助委员会的卓越学科领域计划拨款资助 [1]

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[1] 资助编号为AoE/P-02/12。

沈平教授(中)及其研究团队成员马冠聪博士(左)及傅财星先生(右)

固体超材料

超材料由三种固体物料所组成─钢、硅胶、人工树脂

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