Helmholtz-Gemeinschaft

Rohstoff für akustische Tarnkappen

Karlsruher Institut für Technologie
Dip-In-Laserschreib-Gerät

Diplomand Tiemo Bückmann belädt hier das Dip-In-Laserschreib-Gerät, mit dem die gewünschten Meta-Strukturen im Material erzeugt werden können. Foto: CFN/KITmehr lesen

Pentamode-Metamaterial

Das stabile Vierbein (orange eingefärbt) ist das Grundelement des Pentamode-Metamaterials. Es wird so zu einem dreidimensionalen diamantartigen Kristall angeordnet, so dass sich das daraus resultierende Material insgesamt verformen lässt. Foto:...

Eine neue Material-Klasse hat ein Forschungsteam um Prof. Dr. Martin Wegener am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) realisiert. Mit Hilfe einer eigens entwickelten Technologie konnten sie eine so genannte Metaflüssigkeit mit ungewöhnlichen akustischen Eigenschaften erzeugen.

Diese Eigenschaften hängen vom mechanischen Verhalten eines Materials ab, das mit den Kompressions- und Scherkenngrößen beschrieben wird. So lässt sich beispielsweise Wasser in einem Zylinder kaum zusammenpressen (Kompression), aber es lässt sich mit einem Löffel in alle Richtungen umrühren (Scherung). Falls wie beim Wasser alle fünf Scherkenngrößen gleich null sind, wird dies als Pentamode charakterisiert. Ein an sich festes Material, das dieselben Kenngrößen wie Wasser aufweist, wird demzufolge als Pentamode-Meta-Flüssigkeit bezeichnet. „Der Karlsruher Prototyp wurde aus einem Polymer gefertigt“, erklärt Dr. Muamer Kadic. Sie nutzten dafür das Dip-In-Laserschreiben, eine Weiterentwicklung des direkten Laserschreibens durch die Nanoscribe GmBH im KIT-Inkubator. Mit dieser Methode gelang es ihnen, zuckerhutförmige Elemente aus dem Polymer zu erzeugen und zu einem dreidimensionalen kristallinen Muster anzuordnen. Dabei berührten sich die „Zuckerhüte“ nur an den Spitzen und bildeten so ein luftiges Gerüst. Das mechanische Verhalten des Materials wird darüber bestimmt, wie spitz und wie lang die einzelnen Zuckerhüte sind. Ein solches Material zu erzeugen ist eine Herausforderung: „Wir müssen einerseits in der Lage sein, kleine Zuckerhüte im Nanometerbereich zu konstruieren und im richtigen Winkel zu verbinden, andererseits soll die Gesamtstruktur am Ende möglichst groß sein. Das Material selbst nimmt nur etwas mehr als ein Prozent des Körpervolumens ein, so dass das resultierende Komposit extrem leicht ist.“ Das neuartige Pentamode-Metamaterial ermöglicht erstmals, akustische Wellen gezielt dreidimensional zu beeinflussen, wie dies bereits für optische Wellen mithilfe natürlicher Materialien möglich ist. Zahlreiche Ideen der Transformationsakustik, wie akustische Tarnkappen, akustische Prismen oder neue Lautsprecherkonzepte, können so künftig Realität werden.

KIT/Red.

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Verweise

KIT



30.09.2014