科大科研人员研发出具流体特质的固体超材料 可用于滤波或有助于防地震建筑
23-03-2017
香港科技大学(科大)科研人员成功创造出可以阻挡横波传递的固体复合材料,该特质是流体独有的波特性。而横波可以在地震时引发具破坏性的水平摇晃。该复合材料又称为超材料,可以用于滤波及控制振动,最终或有机会提供一种防地震的方法,或用于改善医疗用超声波传感器的效率。

由该团队所研发出的超材料,是由三种固体物料所组成的复合材料,钢柱包上硅胶,嵌入人工树脂内,当中包裹着钢柱的弹性硅胶层,在钢柱的侧面以及上下两端的厚度并不相同,作用有如弹簧,运用各向异性共振效应,超材料在特定的频率范围内,可以传递纵波,阻隔横波。

该科学突破是由物理学系的蒙民伟博士纳米科学教授沈平所带领的团队,包括马冠聪博士及傅财星先生所研发。沈平教授表示:「这项独特的超材料结构,令固体及流体在波特性方面的分界变得模糊,亦开拓了固体弹性特质的新领域。这全新的概念有机会用于控制振动及应用于医疗方面。」该研究论文于去年十一月被刊登于自然通讯。

根据联合国报告,地震是造成最多人命伤亡的自然灾害。地震带地区的建筑所采用的设计及物料,对减少伤亡有关键作用。这种最新的防地震固体超材料可以嵌入柱及横梁,以节省空间。这种超材料亦有可能用于翻新现有的建筑,以提高防震效果。

具流体特质的固体或可用于改善医疗超声波传感器的效率。人体组织在弹性上与水接近,而超声波传感器是由固体物料所造成,运用超材料可以令固体的波特性与水更匹配,因而减少两个界面接触时的能源消耗,从以提高耦合效率,并减低超声波传感器的杂讯。

横波及纵波是两种基本的波动模式。两种模式都可以在固体物料中传递,但流体物料则会阻挡横波的传递。科大团队首次在实验中观察到固体复合材料亦可有流体的特质。该研究经费来自陈子亭教授的「新型的光波和声波功能材料」研究项目,陈教授的项目获大学教育资助委员会的卓越学科领域计划拨款资助[1]

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[1] 资助编号为AoE/P-02/12。

沈平教授(中)及其研究团队成员马冠聪博士(左)及傅财星先生(右)

沈平教授(中)及其研究团队成员马冠聪博士(左)及傅财星先生(右)

固体超材料

固体超材料

超材料由三种固体物料所组成─钢、硅胶、人工树脂

超材料由三种固体物料所组成─钢、硅胶、人工树脂

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