Metamaterial ferroeléctrico molecular impreso en 3D hecho de perclorato de imidazolio. Crédito:Universidad de Buffalo
Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Buffalo ha informado sobre un nuevo metamaterial ferroeléctrico molecular impreso en 3D.
El avance publicado el lunes en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , es un paso para hacer que estos extraordinarios materiales creados en laboratorio sean más asequibles y adaptables a innumerables tecnologías multifuncionales. Podría beneficiarse de todo, desde mantas acústicas para insonorización de aviones hasta amortiguadores y capas elásticas que protegen los sistemas electrónicos sensibles de perturbaciones mecánicas externas.
"El cielo es el límite cuando se trata de metamateriales ferroeléctricos, "dice el autor principal del estudio, Shenqiang Ren, Doctor., Catedrático del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UB.
Entre los intereses de investigación de Ren, que ostenta cargos en el Departamento de Química de la UB y en el Instituto RENEW de la universidad, es el diseño y montaje de ferroeléctricos moleculares de alta temperatura. Para el estudio, armó un equipo que incluye:
Seis investigadores estudiantes graduados, dirigidos por Yong Hu en el laboratorio de Ren, Zipeng Guo en el laboratorio de Zhou y Andrew Ragonese en el laboratorio de Nouh se encuentran entre los coautores del estudio.
Un metamaterial es cualquier material diseñado para tener una propiedad que no se encuentra en materiales naturales. La ferroelectricidad se relaciona con sustancias cristalinas que tienen una polarización eléctrica espontánea que es reversible mediante un campo eléctrico.
En décadas recientes, Los investigadores han estado estudiando cómo fusionar materiales con estas propiedades. Si bien se ha avanzado, Los investigadores han luchado por producir metamateriales ferroeléctricos que sean rentables y fácilmente adaptables a dispositivos electrónicos y mecánicos.
El nuevo estudio apunta a estos problemas utilizando los últimos avances en informática, fabricación aditiva, diseño de materiales, acústica y otros campos.
El equipo de investigación ideó un plan para imprimir en 3D una red cristalina ferroeléctrica soportada por un andamio hecha de perclorato de imidazolio.
Una tecnología de fabricación avanzada emergente, Las impresoras 3-D pueden fabricar productos directamente a partir de diseño digital con un control preciso de las estructuras, materiales y funcionalidades, Dice Zhou. Sucesivamente, esto crea oportunidades para avanzar en los descubrimientos de materiales y expandir las aplicaciones industriales.
Los resultados, Ren dice, allanar el camino para el uso de impresoras 3-D para crear metamateriales ferroeléctricos moleculares. El diseño único de la celosía le permite autocorregir cualquier desviación del diseño mientras el material aún se está imprimiendo. También, la rigidez del material (cuánto resiste la deformación) es reprogramable, cuales, Sucesivamente, permite a los investigadores "sintonizar" el material para filtrar diferentes frecuencias de sublongitud de onda.
En papel, Nouh dice, Los metamateriales proporcionan una plataforma única para lograr un control sin precedentes sobre la propagación del sonido y la manipulación de ondas acústicas. Este potencial solo puede realizarse si los investigadores son capaces de crear dichos materiales, un objetivo hacia el que avanza este trabajo.
El trabajo fue parcialmente financiado por la Oficina de Investigación del Ejército de los Estados Unidos (ARO).
"Una de las razones por las que ARO está financiando el proyecto del profesor Ren es que los ferroeléctricos moleculares son aptos para métodos de procesamiento de abajo hacia arriba, como la impresión 3D, que de otro modo serían difíciles de usar con los ferroeléctricos cerámicos tradicionales. "dijo Evan Runnerstrom, Doctor., director de programa de la Oficina de Investigaciones del Ejército, un elemento del Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU. "Esto allana el camino para los metamateriales sintonizables para la amortiguación de vibraciones o la electrónica reconfigurable, lo que podría permitir que las futuras plataformas del Ejército se adapten a las condiciones cambiantes ".
