科大科研人員研發出具流體特質的固體超材料 可用於濾波或有助於防地震建築
23-03-2017
香港科技大學(科大)科研人員成功創造出可以阻擋橫波傳遞的固體複合材料,該特質是流體獨有的波特性。而橫波可以在地震時引發具破壞性的水平搖晃。該複合材料又稱為超材料,可以用於濾波及控制振動,最終或有機會提供一種防地震的方法,或用於改善醫療用超聲波傳感器的效率。

由該團隊所研發出的超材料,是由三種固體物料所組成的複合材料,鋼柱包上矽膠,嵌入人工樹脂內,當中包裹著鋼柱的彈性矽膠層,在鋼柱的側面以及上下兩端的厚度並不相同,作用有如彈簧,運用各向異性共振效應,超材料在特定的頻率範圍內,可以傳遞縱波,阻隔橫波。

該科學突破是由物理學系的蒙民偉博士納米科學教授沈平所帶領的團隊,包括馬冠聰博士及傅財星先生所研發。沈平教授表示:「這項獨特的超材料結構,令固體及流體在波特性方面的分界變得模糊,亦開拓了固體彈性特質的新領域。這全新的概念有機會用於控制振動及應用於醫療方面。」該研究論文於去年十一月被刊登於自然通訊。

根據聯合國報告,地震是造成最多人命傷亡的自然災害。地震帶地區的建築所採用的設計及物料,對減少傷亡有關鍵作用。這種最新的防地震固體超材料可以嵌入柱及橫樑,以節省空間。這種超材料亦有可能用於翻新現有的建築,以提高防震效果。

具流體特質的固體或可用於改善醫療超聲波傳感器的效率。人體組織在彈性上與水接近,而超聲波傳感器是由固體物料所造成,運用超材料可以令固體的波特性與水更匹配,因而減少兩個界面接觸時的能源消耗,從以提高耦合效率,並減低超聲波感測器的雜訊。

橫波及縱波是兩種基本的波動模式。兩種模式都可以在固體物料中傳遞,但流體物料則會阻擋橫波的傳遞。科大團隊首次在實驗中觀察到固體複合材料亦可有流體的特質。該研究經費來自陳子亭教授的「新型的光波和聲波功能材料」研究項目,陳教授的項目獲大學教育資助委員會的卓越學科領域計劃撥款資助[1]

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[1] 資助編號為AoE/P-02/12。

沈平教授(中)及其研究團隊成員馬冠聰博士(左)及傅財星先生(右)

沈平教授(中)及其研究團隊成員馬冠聰博士(左)及傅財星先生(右)

固體超材料

固體超材料

超材料由三種固體物料所組成─鋼、矽膠、人工樹脂

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