科大研發超材料 助建防震建築
2017年03月24日03:00

【星島日報報道】地震引發建築物倒塌、導致人命傷亡情況屢見不鮮,而建築設計和物料對減少傷亡有關鍵作用。科技大學科研人員成功研發一種「固體超材料」,採用三種物料複合而成,若用作建築物支柱,可有效阻隔來自震源的橫波傳遞,令建築物減少震盪。科大正就物料向多個國家申請專利,日後或可應用在興建防震建築或改善醫療超聲波傳感器上。

負責帶領研究的科大物理學系蒙民偉博士納米科學教授沈平,從事聲波和電磁波研究多年,他指國際上研究聲波的歷史已有數百年,近年的研究方向都是運用聲波特質研發複合材料。科大於一三年獲大學教育資助委員會卓越學科領域計畫撥款四千六百五十萬元,研究「新型的光波和聲波功能材料」,他和學生團隊花近兩年時間,在該項目下研發「固體超材料」。

「超材料」由鋼、矽膠和人工樹膠三種固體材料組成,結構採用「硬包軟包硬」形式,用彈性矽膠包裹鋼柱,再嵌入人工樹脂內。由於在鋼柱側面及上下兩端的矽膠厚度不相同,作用像彈簧一樣,令超材料在特定頻率範圍內傳遞縱波,阻隔橫波。沈平指,以往該特質是流體獨有,今次首次在固體上實現,開拓了固體彈性特質的新領域。

為測試「超材料」阻隔橫波的功能,研究團隊製造六個「超材料」立方體,將之疊起,分別在頂部及底部放置一些玻璃珠,再放在震動儀上模擬摩天大廈遇上地震的情形,結果底部玻璃珠震至四散,頂部玻璃珠則紋風不動。有份參與研發的博士後研究員馬冠聰解釋指,頂部和底部所受的震盪力度相差一萬倍,顯示低層物料吸收了大部分震盪,「基本上樓層愈高愈穩。」

馬冠聰續稱,一個「超材料」立方體在實驗室製造成本最多約三百元,但只要保持「硬包軟包硬」結構,用任何材料及製成任何大小都可提供相同效能,所以如果將超材料應用至興建防震建築,作支柱或橫梁,成本或可大大減低。

另外,由於「超材料」具有流體特性,更可用於改善醫療儀器超聲波傳感器的效率,但現階段仍待進一步試驗;現正向美國和內地等申請專利。

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