看不见的量子波实时锻造变形的超级材料
研究人员现在可以观察纳米材料自组装过程中的声子动力学和波传播，这些材料具有自然界中很少存在的不寻常特性。 这一进步将使研究人员能够将所需的机械性能整合到可重构、可溶液处理的超材料中，这些超材料具有广泛的应用——从减震到在高功率计算机应用中引导声能和光能的设备。 声子是自然现象，可以是被认为是离散的能量波包，它们穿过材料的构建块，无论是原子、粒子还是 3D 打印铰链，使它们振动并传递能量。 这是对在各种情况下观察到的常见特性的量子力学描述，包括热量的传递、声音的流动，甚至地震形成的地震波。 一些人造和天然材料旨在沿着特定路径移动声子，从而赋予特定的机械属性。 这方面的两个现实例子包括用于地震期间抵抗地震波的结构材料，以及深海海绵坚固而轻质骨骼的进化，使它们能够承受深水环境的极端压力。 “使用我们在伊利诺伊州实验室开发的液相电子显微镜技术，这项新研究标志着我们第一次能够观察纳米颗粒中的声子动力学自组装，充当一种新型的机械超材料，“伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料科学与工程教授陈倩说。 “这开辟了一个新的研究领域，纳米级构建块及其固有的光学、电磁和化学特性可以融入机械超材料中，”毛说，“在从机器人和机械工程到信息技术。 “这项工作还证明了机器学习在推进复杂粒子系统研究方面的潜力，使观察它们受复杂动力学控制的自组装途径成为可能，”Pan 说。 “它为使用机器学习和人工智能对可重构胶体超材料进行数据驱动的逆向设计开辟了新途径。” 海军研究办公室、美国国家科学基金会、国防部建立的计划刺激竞争研究和陆军研究办公室支持这项研究。 Chen 还隶属于材料研究实验室、化学、化学和生物分子工程 Carl R. 美国 Woese 基因组生物学研究所和贝克曼先进科学技术研究所。 的 I.