En un futuro no muy lejano, es posible imprimir en 3D prácticamente cualquier cosa. Considere las impresoras estándar, que "sintetizan" miles de colores utilizando sólo tres cartuchos de color. Por analogia, Las futuras impresoras 3-D pueden ser capaces de sintetizar miles de propiedades de materiales diferentes con unos pocos cartuchos de material.
Este concepto inspiró a un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) en Alemania y el Centro Nacional de Investigación Científica de Francia a explorar el desarrollo de una propiedad mecánica llamada compresibilidad estática efectiva. Como ahora informan en Letras de física aplicada , de AIP Publishing, Al usar un solo cartucho, es posible imprimir un metamaterial que se expande de tamaño bajo presión hidrostática, aunque está hecho de material que normalmente se contrae bajo presión hidrostática. En principio, No hay límite para el valor negativo que puede tomar la compresibilidad efectiva de este material.
"[Nuestro] metamaterial tridimensional poroelástico, un material compuesto hecho por el hombre que exhibe propiedades que no se encuentran en materiales naturales, se expande efectivamente al aumentar la presión hidrostática de un gas o líquido circundante, "dijo Jingyuan Qu, estudiante de doctorado e investigador del Instituto de Física Aplicada y del Instituto de Nanotecnología de KIT. "Para la mayoría de los materiales, el comportamiento es exactamente lo contrario. A primera vista, una compresibilidad negativa incluso parece violar las leyes fundamentales de la física ".
En el corazón del diseño del grupo para la estructura de metamaterial hay un hueco, Estructura en cruz tridimensional con membranas circulares en cada extremo de la cruz.
"Similar a un tambor, estas membranas se deformarán hacia adentro si la presión exterior es mayor que la presión en el volumen cerrado dentro de la cruz, "Qu dijo." Al conectar correctamente estas membranas a través de barras, y mediante el uso de ocho cruces tridimensionales de este tipo dentro de una celda unitaria, es posible obtener un aumento de volumen efectivo isotrópico al aumentar la presión, una compresibilidad efectiva negativa ".
Este es un trabajo particularmente intrigante, Qu señaló, porque una compresibilidad negativa en condiciones estáticas y sin restricciones está generalmente prohibida por las leyes de la física.
"Es inestable y viola la conservación de energía, "Qu dijo." El truco de nuestra estructura es que el volumen que puedes ver aumenta al aumentar la presión circundante, mientras que el volumen encerrado por el material impreso en 3-D, una cantidad que no se percibe directamente, disminuye y hace que la estructura sea tanto estable como física ".
Una de las propiedades especiales de la estructura del metamaterial es una compresibilidad efectiva negativa cero, según Qu. "Esto significa que el volumen efectivo del metamaterial simplemente no cambiará, " él dijo.
Con el éxito del extenso modelado de la estructura, el grupo ya ha comenzado a perseguir la exigente tarea de demostrar su fabricación.
"Hemos calculado el comportamiento del material utilizando [software de simulación de ingeniería], por lo que el material aún no se ha fabricado y medido experimentalmente, "Qu dijo." La fabricación es un caso exigente para la nanoimpresión láser 3-D porque los volúmenes internos ocultos necesarios no se han logrado previamente ".
Probablemente no sería posible fabricar tal metamaterial con las técnicas de mecanizado convencionales que tienden a eliminar material para construir una estructura. Con una técnica aditiva como la impresión 3D, sin embargo, la fabricación de estructuras ocultas y volúmenes cerrados se hace posible, lo que la convierte en una forma ideal de crear metamateriales de compresibilidad negativa.
