UMA CAMADA DE MICROESFERAS PODE RETARDAR ONDAS SONORAS

Fotografia de uma matriz bidimensional de microesferas aderido a um substrato (crédito: Tian Gan)

MIT investigadores têm criado matrizes bidimensionais de 'micrograins' que pode retardar ondas acústicas, tanto a forma de cristais, especialmente concebidos e pode controlar a passagem de ondas de luz ou de outra.

O material granular se comporta como um cristal, com seus grãos close-embalados imitando o exato arranjo ordenado de átomos cristalinos.

Os pesquisadores dizem que a descoberta pode levar a uma nova forma de controlar as frequências em dispositivos eletrônicos, como celulares, mas com componentes que são apenas uma fração do tamanho daqueles atualmente utilizados para essa função. Em uma escala maior, que poderia levar a novos tipos de material de alto-blindagem para uso em combate ou por pessoal ou equipamento de segurança pública.

Um artigo sobre a pesquisa aparece na revista Physical Review Letters, escrito por Nicholas fang , a Brit e Alex d'Arbeloff Career Development Professor Associado em Design de Engenharia; Nicholas Boechler, ex-MIT agora pós-doutorado na Universidade de Washington, e quatro colegas -autores.

Microesferas guia e ondas sonoras lentas

A pesquisa sobre as propriedades dos materiais granulares - coleções de pequenos grãos, como areia ou pequenas contas de vidro - tornou-se "um campo rico e rápido desenvolvimento," escrevem os pesquisadores. Mas a maior parte dessa investigação tem incidido sobre as propriedades das partículas de areia de tamanho, cerca de um milímetro de diâmetro, Fang diz. O novo trabalho é o primeiro a examinar as diferentes propriedades das partículas que são cerca de um milésimo desse tamanho, ou um mícron de diâmetro, cujas propriedades eram esperados para ser "qualitativamente diferente."

Em seus experimentos, a equipe usou uma única camada de microesferas para orientar e diminuir as ondas sonoras (conhecidas como ondas acústicas de superfície, ou serras) viajam através de uma superfície, Fang diz.Os pesquisadores usaram as ideias que tinham anteriormente aplicados na pesquisa sobre controle de ondas de luz, diz ele, que envolveu o uso de cristais fotônicos.

SAWs são amplamente utilizados em dispositivos eletrônicos, como celulares, Fang diz que, "como os relógios que dão um único sinal de freqüência ... para sincronizar chips diferentes ou partes de um chip." Mas com o novo sistema ", podemos diminuir o tamanho do dispositivo" necessário para serras de processamento, diz ele. Hoje em dia os osciladores de serras são relativamente volumosos, Fang diz, mas a utilização de um material granular 2-D para guiar e retardar as ondas podem permitir que tais dispositivos sejam apenas um sexto a sua dimensão atual, estima.

Dispositivos menores, novos tipos de sensores

Além do mais, a natureza 2-D deste sistema poderia permitir que ele seja fabricado direita em um chip, junto com os circuitos de controle necessárias e outros componentes. Osciladores de hoje, pelo contrário, são tipicamente dispositivos separados colocados ao lado do conjunto de chips que os controla, Fang diz - para que, em casos onde o tamanho pequeno é importante, o novo trabalho tem o potencial para permitir dispositivos eletrônicos ainda menores.

O sistema poderia também ser utilizado para desenvolver novos tipos de sensores, tais como microbalanças capazes de medir pequenas alterações no peso, diz.

O mesmo princípio também pode levar a um novo tipo de explosão de blindagem de material, Fang sugere. Se as ondas acústicas - tais como as ondas de choque intensas de uma explosão - bater o material bidimensional em ângulo recto, muita energia pode ser convertida em ondas superficiais que são transportadas para o lado de fora do material. Um sanduíche de muitas camadas de tal material pode fornecer proteção substancial de uma explosão em uma forma leve e fácil de usar, embora tais aplicações provavelmente vai exigir ainda mais substancial de pesquisa, Fang diz.

John Page, professor de física e astronomia na Universidade de Manitoba, diz que este é "um trabalho de investigação de alta qualidade. ... Tenho certeza de que seus resultados serão amplamente aceita. "

O trabalho foi financiado pela Defense Threat Reduction Agency e da National Science Foundation.

Referência