| | Сегодня, 06:09 | Новости науки и техники
Ученые обнаружили, что материал нити ткань имеет «твердое состояние» свойствами по отношению к звуку
Исследование материала, из которого пауки ткут свою паутину, проведенные исследователями из университета Райс (Rice University), могут служить основой для создания искусственных материалов с рядом уникальных свойств, которые позволяют помочь в борьбе с распространением звуковых колебаний, волн тепла и других процессов, в основе квазчиастиц, называемых фононами. Устройства, изготовленные из таких материалов, будет отвечать за колебаний так же, как полупроводниковая Электроника схемы управляют движением потока электронов.
Результаты проведенных исследований показывают, что материал, из паучьего шелка является аналогом полупроводников запрещенная зона относительно фононам, квантам акустических колебаний. Это, в свою очередь, означает, что материал может блокировать распространение фононов определенной частоты, действуя по аналогии с электронной почтой запрещенной зоне, что позволяет пересечь переход только электронам с определенной энергией.
Как пауки используют столь необычные свойства материала ткани, еще не ясна, но человек с его развитым воображением это не трудно найти практическое применение этого материала. «Полимеров, которые имеют структуру, можно использовать для изготовления фононных волноводов, как нового типа акустической или тепловой изоляции и многое другое», — говорит Эдвин Дин Томас (Dean Edwin Thomas), ученый из университета Райс.
Шелк материал имеет иерархическую структуру, состоящую из белков, сворачивающихся в стекла, и плоские «листы». Эти твердые кристаллы связаны друг с другом более мягких аморфных цепей. Растяжения эти схемы изменяет расстояние и взаимное расположение кристаллов, что позволяет изменять акустические свойства шелка, просто растягивая или сжимая его волокна. Все это позволяет контролировать ширину фононной запрещенной зоны и изменить диапазон частот, которые будут или не будут распространяться по ее волокна. Этот эффект можно использовать для создания колонок аналоги транзисторов, на основе которых можно создавать более сложные схемы, которые выполняют обработку и управление колонки или тепла, в сигналы.
Эксперименты показали, что при сжатии акустических волноводов сделаны из паучьего шелка, скорость распространения фононов в них сократилось на 15 процентов, тем не менее, панель блокируемых частот при этом выросла на 31%. Когда волокна шелка распространилось, скорость фононов увеличился на 27%, а полоса пропускания сузилась на 33%. Для сравнения, средний шелк, не подвержены механическим напряжениям, запрещенная зона находится на частоте 14.8 ГГц, в то время как его ширина-5.2 ГГц.
«Ранее было проведено большое количество исследований, из искусственных волокон, из полимерных материалов, например, нейлона. Но ни у одного из этих материалов не нашел акустики запретная зона», — говорит Дин, Эдвин Томас, — «Теперь мы затрудняемся предсказать появление какой-либо новой технологии может предполагать открытие столь необычные свойства натурального материала, который можно легко повторить в синтетических, материалов. Но, без сомнения, ряд практических применений этих материалов будет достаточно широким».
