在空氣中傳播的聲波、水遇到障礙物形成的漣漪或者地震中的沖擊波都屬于“彈性波”。這些波在物體表面或內部通過,不會對其物質組成造成任何永久性改變。據物理學家組織網1月22日報道,最近,美國密蘇里大學工程師開發出一種能控制這些波的新型超材料,有望在醫療、軍隊和商業中應用,對社會也有巨大的潛在利益。
“各種控制和操控亞波長聲波和彈性波的方法是很困難的,然而一旦找到了簡潔方法,其潛在應用也是巨大的。”密蘇里大學工程學院機械與航空工程副教授黃國梁(音譯)說,“我們小組已經開發出一種材料,如果用它來制造新設備,能感知聲音和彈性波。通過操控對我們有利的彈性波,這種材料會大大造福社會——從照相技術到軍事設備如彈性波隱形衣——其應用可能性是無止境的。”
過去,科學家是用一種組合材料,如金屬和橡膠的組合,來有效“彎曲”和控制波。而黃和研究小組設計的超材料只有一種成分——鋼。他們用激光在一片薄鋼板上刻出“手性”花紋,一種非鏡像對稱的微觀幾何花紋,由此來控制聲波或彈性波的增強,如進一步改良,還可能用在寬帶信號和超級成像設備中。這也是第一次在單一介質上制作這種超材料。
“就目前的情況而言,這種金屬是一種被動材料,這意味著要引入其他元素來幫我們控制發送給它的彈性波,”黃國梁說,他們小組打算引入一些能控制的元素,并證明這種材料可以用在諸多領域。“我們還將整合一些智能材料,如可控微芯片,讓這種材料更加主動,這樣就能有效地‘調節’任意彈性聲波或彈性波的頻率,生成我們想要的反應。這種操控為我們提供了能控制材料對周圍環境反應的方法。”
黃國梁還指出,展望未來,這種能控制彈性波的材料在應用方面有著廣闊的可能性,包括控制超分辨率傳感器、聲學與醫療聽診設備以及超透鏡等,有望大大推動超成像技術的進步,這些都要歸功于對彈性波的集中研究。