Metamaterialen zijn kunstmatig gestructureerde materialen die eigenschappen vertonen die niet in de natuur voorkomen. Ze hebben het potentieel om een ​​breed scala aan toepassingen te revolutioneren, van optica tot elektronica en medicijnen. Het ontwerpen van metamaterialen met specifieke eigenschappen kan echter een uitdagende taak zijn.

Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, hebben een nieuwe manier ontwikkeld om het gedrag van metamaterialen te voorspellen. Hun aanpak is gebaseerd op kirigami, de kunst van het snijden van papier in ingewikkelde patronen.

Kirigami-patronen kunnen worden gebruikt om structuren te creëren die zowel sterk als flexibel zijn. Dit komt omdat de sneden in het papier ervoor zorgen dat het materiaal op bepaalde manieren vervormt, terwijl de algehele vorm behouden blijft.

De onderzoekers realiseerden zich dat kirigami-patronen konden worden gebruikt om metamaterialen met vergelijkbare eigenschappen te creëren. Door de insnijdingen in het materiaal zorgvuldig te ontwerpen, konden ze bepalen hoe het metamateriaal zou vervormen en zou interageren met licht of andere elektromagnetische golven.

Om hun theorie te testen, creëerden de onderzoekers een aantal op kirigami geïnspireerde metamaterialen. Ze ontdekten dat deze metamaterialen een breed scala aan eigenschappen vertoonden, waaronder negatieve breking, verhulling en supergeleiding.

De bevindingen van de onderzoekers zouden kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe metamaterialen met nog exotischere eigenschappen. Deze metamaterialen kunnen toepassingen hebben op verschillende gebieden, waaronder gezondheidszorg, energie en transport.

Hoe op Kirigami geïnspireerde modellen werken

Op Kirigami geïnspireerde modellen werken door het metamateriaal weer te geven als een reeks onderling verbonden veren en massa's. De veren vertegenwoordigen de elastische eigenschappen van het materiaal, terwijl de massa's de traagheid ervan vertegenwoordigen.

Door de opstelling van de veren en massa's zorgvuldig te ontwerpen, kunnen de onderzoekers bepalen hoe het metamateriaal zal vervormen en zal interageren met licht of andere elektromagnetische golven.

Een metamateriaal met een negatieve brekingsindex kan bijvoorbeeld worden gecreëerd door de veren en massa's zo te rangschikken dat de lichtgolven in de tegenovergestelde richting van normaal buigen. Dit zou kunnen worden gebruikt om verhulapparaten te maken die objecten onzichtbaar maken.

Toepassingen van op Kirigami geïnspireerde metamaterialen

Op Kirigami geïnspireerde metamaterialen hebben een breed scala aan mogelijke toepassingen, waaronder:

* Zorg: Metamaterialen kunnen worden gebruikt om nieuwe medische apparaten te creëren, zoals implantaten en sensoren, die sterker en flexibeler zijn dan traditionele materialen.

* Energie: Metamaterialen kunnen worden gebruikt om nieuwe zonnecellen en batterijen te maken die efficiënter en goedkoper te produceren zijn.

* Transport: Metamaterialen kunnen worden gebruikt om nieuwe voertuigen te maken die lichter en zuiniger zijn.

De potentiële toepassingen van op kirigami geïnspireerde metamaterialen zijn eindeloos. Terwijl onderzoekers de eigenschappen van deze materialen blijven onderzoeken, kunnen we in de toekomst nog meer innovatieve en baanbrekende toepassingen verwachten.