Materiais Avançados

Metamateriais mecânicos revelam novo fenômeno da física

Metamateriais mecânicos mudam de comportamento com tamanho
Os estranhos efeitos gerados por esses materiais artificiais estão de alguma forma ligados ao seu tamanho. [Imagem: AMOLF/Coulais]

Morfológicos e programáveis

Os metamateriais mecânicos, que exibem propriedades incomuns, como a capacidade de mudar de forma e a programabilidade, podem apresentar outros recursos surpreendentes.

Quando esses metamateriais mecânicos crescem acima de um limiar típico, eles passam a se comportar obedecendo a um conjunto novo de regras, regras diferentes daquelas que regem seu comportamento em escala menor.

"Em materiais comuns, como um elástico, entendemos o que acontece quando você adiciona mais material," explica Corentin Coulais, do Instituto AMOLF, na Holanda. "Se você faz uma fita de borracha duas vezes maior, então ela será duas vezes mais fácil de esticar. Isso é mecânica básica. Mas os metamateriais mecânicos são diferentes. O exato oposto pode acontecer. Por exemplo, descobrimos que um metamaterial longo pode realmente ser mais rígido do que um curto."

Propriedades dependentes da dimensão

Coulais começou com uma fita de metamaterial mecânico unidimensional, construído a partir de elementos rígidos que podem girar ligeiramente um em relação ao outro. Quando ele fabricou a mesma estrutura com o dobro do tamanho, porém, o material inesperadamente ficou mais rígido. Ele então repetiu esse teste de escala com metamateriais mais complexos, de duas e três dimensões, e o efeito se repetiu.

Com os dados, a equipe constatou que há uma escala de comprimento característica que marca a transição de regras que regem os metamateriais segundo suas dimensões. "Vimos que, acima desta escala, a funcionalidade especial dos metamateriais desaparece, por assim dizer. Os efeitos especiais da estrutura geométrica se espalham," disse Coulais.

O pesquisador enfatiza que é apenas o design do metamaterial que é responsável pela escala de comprimento característica, definindo essa passagem de "pequeno" para "grande". As propriedades intrínsecas dos blocos fundamentais, incluindo sua composição química, não são relevantes. "Este é realmente um novo fenômeno da física que agora conseguimos reproduzir também em simulações de computador," contou ele.

Coulais acrescenta que não vê isso como uma limitação para as promissoras possibilidades dos metamateriais mecânicos, ainda que os projetistas desses materiais morfológicos precisem levar em conta a escala de comprimento característico: "Pelo contrário, a nova física que descrevemos agora introduz uma nova gama de possibilidades."

Bibliografia:

A characteristic length scale causes anomalous size effects and boundary programmability in mechanical metamaterials
Corentin Coulais, Chris Kettenis, Martin van Hecke
Nature Physics
DOI: 10.1038/nphys4269




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