Результаты исследований показали, что форма изгиба конусообразных краев трубки зависит от отношения ее длины к диаметру. (кликните картинку для увеличения)

02.06.2012 (10:08)
Просмотров: 3039
Рейтинг: 1.00
Голосов: 1

Теги:
волна, структура, методика, трубка,

Технология >> Нанотехнология

Некоторые наиболее тонкие природные формы, такие как кончики лепестков нарцисса или отпечатки пальцев, созданы при помощи изгибов и складок мягких материалов. По мнению группы ученых из США, подобные структуры могли бы быть полезны в технологических приложениях будущего, поэтому в своей последней работе они описали методику контроля изменяющейся формы мягких трубок небольшого диаметра, а также привели теоретические расчеты, объясняющие полученный результат. Исследователи надеются, что их работы позволят упростить методики создания сложных структур, необходимых в самых различных технологических применениях.

В последние годы многие ученые заинтересовались возможностью искусственно генерировать формы, существующие в природе, например, расположение цветков на стеблях растений или изгибы листьев и лепестков. Эта тема сама по себе очень интересна, но группа ученых из Massachusetts Institute of Technology (США) имела и другую, более практическую мотивацию для исследований в данном направлении. Их задачей было изучение фотонных структур, позволяющих контролировать распространение луча света, а именно, способность периодических массивов «впадин» и «волн» на поверхности мягкого материла, рассеивать и отражать световые или даже звуковые волны, одновременно осуществляя нужную фокусировку и фильтрацию.

Чтобы «вырастить» мягкие деформируемые формы, которые впоследствии можно будет согнуть, ученые использовали полимерный гель, набухающий при впитывании влаги. С применением техники микропроизводства они создали трубки диаметром несколько миллиметров различной плотности (толщины стенок) и длины. Один конец каждой трубки был жестко зафиксирован на поверхности подложки, а для формирования изгибов с другой стороны, система переворачивалась в пространстве и вторые концы трубок опускались в емкость с водой.

В результате впитывания влаги диаметр трубки на конце увеличивался, формируя усеченный конус. При определенных условиях края трубки начинали изгибаться, образуя волны (и формируя звездообразное сечение трубки). Причем, чем короче была трубка (в сравнении с диаметром), тем большее число «волн» образовывалось, при этом толщина стенок трубки влияла на процесс относительно слабо.

Для объяснения полученных результатов, ученые использовали простую модель расчета формы, минимизируя полную упругую энергию трубки. Минимальная энергия является балансом двух вкладов, которые, как оказалось, зависят только от отношения длины трубки к ее диаметру. Данные, полученные в ходе эксперимента, хорошо согласуются с результатами теоретических расчетов.

Коллеги ученых из других научных групп считают, что данная работа теоретически может положить начало новой методике создания сложных структур, ведь их форму с помощью выведенного соотношения можно легко контролировать на этапе производства. Авторы работы также отмечают, что полученные ими данные объясняют многие природные явления. Хотя некоторые коллеги не согласны с утверждением, что, например, форма перца является следствием описанных в работе эффектов. Чтобы доказать эту связь, потребуются дополнительные исследования.

	Читать @SciLibCom Твитнуть Нравится

Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:

Новость подготовлена по материалам ресурса physics.aps.org