Em um futuro não muito distante, pode ser possível imprimir virtualmente qualquer coisa em 3D. Considere as impressoras padrão, que "sintetizam" milhares de cores usando apenas três cartuchos de cores. Por analogia, As futuras impressoras 3-D podem ser capazes de sintetizar milhares de diferentes propriedades de materiais com um mero punhado de cartuchos de material.

Este conceito inspirou um grupo de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT) na Alemanha e do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica a explorar o desenvolvimento de uma propriedade mecânica chamada compressibilidade estática efetiva. Como eles agora relatam em Cartas de Física Aplicada , da AIP Publishing, usando um único cartucho, é possível imprimir um metamaterial que se expande de tamanho sob pressão hidrostática, embora seja feito de um material que normalmente encolhe sob pressão hidrostática. Em princípio, não há limite para o valor negativo que a compressibilidade efetiva desse material pode assumir.

"[O] ur metamaterial tridimensional poroelástico, um material composto feito pelo homem que exibe propriedades não encontradas em materiais naturais, expande efetivamente ao aumentar a pressão hidrostática de um gás ou líquido circundante, "disse Jingyuan Qu, doutoranda e pesquisadora do Instituto de Física Aplicada e do Instituto de Nanotecnologia do KIT. "Para a maioria dos materiais, o comportamento é exatamente o oposto. À primeira vista, uma compressibilidade negativa até parece violar as leis fundamentais da física. "

No cerne do projeto do grupo para a estrutura do metamaterial está uma cavidade, Estrutura transversal 3-D com membranas circulares em cada extremidade da cruz.

"Semelhante a um tambor, essas membranas irão deformar para dentro se a pressão externa for maior do que a pressão no volume fechado dentro da cruz, "Qu disse." Ao conectar adequadamente essas membranas por meio de barras, e usando oito dessas cruzes tridimensionais dentro de uma célula unitária, é possível obter um aumento de volume isotrópico efetivo ao aumentar a pressão - uma compressibilidade efetiva negativa. "

Este é um trabalho particularmente intrigante, Qu apontou, porque uma compressibilidade negativa sob condições estáticas e irrestritas é geralmente proibida pelas leis da física.

"É instável e viola a conservação de energia, "Qu disse." O truque da nossa estrutura é que o volume que você pode ver aumenta com o aumento da pressão circundante, enquanto o volume envolvido pelo material impresso em 3-D - uma quantidade que você não percebe diretamente - diminui e torna a estrutura estável e física. "

Uma das propriedades especiais da estrutura do metamaterial é uma compressibilidade efetiva zero negativa, de acordo com Qu. "Isso significa que o volume efetivo do metamaterial simplesmente não mudará, " ele disse.

Com o sucesso da extensa modelagem da estrutura, o grupo já começou a perseguir a exigente tarefa de demonstrar sua fabricação.

"Calculamos o comportamento do material usando [software de simulação de engenharia], então o material ainda não foi fabricado e medido experimentalmente, "Qu disse." Fabricação é um caso exigente para nanoprinting a laser 3-D porque os volumes internos ocultos necessários não foram alcançados anteriormente. "

Fazer tal metamaterial provavelmente não seria possível com técnicas de usinagem convencionais que tendem a remover material para construir uma estrutura. Com uma técnica aditiva como a impressão 3-D, Contudo, fabricar estruturas ocultas e volumes fechados torna-se possível, tornando esta uma maneira ideal de criar metamateriais de compressibilidade negativa.