科学突破使得能够存储和释放机械波而不会产生能量损失

时间：2021-08-11 15:52:05 来源：

该开发可能具有广泛的有效收获，存储和控制能量流动的机械和光学应用。

他们的概念证据实验可能具有广泛的有效收获，存储和控制能源流量，用于机械和光学应用程序，可以促进改进的技术用于监测桥梁的结构完整性，并且其他结构组件发现也可能导致改进的方法用于能量收集和储存，电动车辆的无线充电，也可能具有量子计算和超级能量光子的应用

光线和声波是以能量和信号传输的基础，以及我们最基本的一些技术的基础 - 从手机到发动机。然而，科学家们尚未设计一种方法，使他们能够将波浪储存为无限期的时间，然后将其指向所需位置按需。这种发展将极大地促进操纵波浪的各种所需用途的能力，包括能量收集，量子计算，结构完整性监测，信息存储等。

在科学研究中心（ASRC），CUNY的高级科学研究中心（ASRC），CUNY，Andimo Ruzzene，AndreaAlò领导的一个新的科学倡议，由AndreaAlò领导的一组科学推出，由AndreaAlò领导的AndreaAlò领导。 Georgia Tech，已经通过实验表明，可以有效地捕获和存储波形，然后将其引导朝向特定位置。

“我们的实验证明，非常规形式的激励形式开放新的机会，以获得波浪传播和散射的控制，”Alù说。“通过仔细定制激发的时间依赖性，可以欺骗波浪有效地存储在腔内，然后按需朝向所需方向释放它。”

“通常将能量储存在共振腔中是低效的，但是通过我们提出的方法，所有能量都可以有效地存储在这些腔中，”ASRC Photonics研究教授参与了该研究。

实验设置，由带有空腔和侧通道的波导杆组成。沿着杆行进的弹性波的激发由放置在系统的两端的压电致动器提供。

方法

为了实现他们的目标，科学家必须设计一种方法来改变波浪和材料之间的基本互动。当光或声波击中障碍物时，它是部分地被吸收或反射和散射的。吸收过程需要立即将波浪转换为热量或其他形式的能量。无法吸收波浪的材料只反映并散射它们。研究人员的目标是找到一种方法来模仿吸收过程而不将波浪转换成其他形式的能量，而是将其存储在材料中。这一概念在理论上两年前由ASRC组介绍，称为连贯的虚拟吸收。

为了证明他们的理论，研究人员推出了他们需要定制波浪的时间进化，以便当它们与非吸收材料接触时，它们不会被反射，分散或传播。这将防止撞击结构的波从逃逸，并且它将有效地陷入内部，就像被吸收一样。然后可以按需释放存储的波。

在实验期间，研究人员沿着包含腔的碳钢波导条沿相反方向传播两个机械波。仔细控制每个波的时间变化，以确保腔将保留所有撞击能量。然后，通过停止激发或烘干其中一个波，它们能够控制所存储的能量的释放并根据需要将其朝向所需的方向发送。

“虽然我们使用以固体材料行驶的弹性波耗尽我们的概念验证实验，但我们的研究结果也适用于无线电马和光线，提供令人兴奋的能源收集，无线电力转移，低能量光子学和普遍增强的前景控制波传播，“Ruzzene说。

研究资金

本研究由科学研究，国家科学基金会和西蒙斯基金会的空军办公室资助。

气势办公室科研，国家科学基金会，西蒙斯基金会

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参考：G. Trainiti，Y.Ra'di，M. Ruzzene和A.Alò，2019年8月30日，M. Ra'di，M. Ra'Di，M. Ra'Di和A.Alò的一致性虚拟吸收。

DOI：10.1126 / sciadv.aaw3255

Abstractabsorbers
通过将其能量渗透到热量中来抑制入射波的反射和散射。随着材料吸收至零，撞击物体上的能量必须传播或散射。特定形式的撞击信号的时间调制可以抑制瞬态状态中的波散射和传输，模仿完美吸收器的响应而不依赖于材料损失。这种虚拟吸收可以在无损材料中以大效率存储能量，然后按需释放。在这里，我们将该概念扩展到弹性动力学，并通过实验表明，使用无损弹性腔可以完全吸收纵向运动。然后通过控制撞击信号的相对相位来对称地或不对称地释放该能量。我们的工作为弹性动力波控制和能量存储开辟了以前未开发的途径，这可以转换为其他声子和光子技术相关性系统。

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