logo 首頁 > 文匯報 > 新聞透視眼 > 正文

「彈簧式」超材料助樓宇防震

2017-03-24
■科大物理學系團隊研發出具流體特質的固體超材料,有望應用在防地震建築物。馬冠聰(左)和沈平(中)手持超材料模型。 黎忞  攝■科大物理學系團隊研發出具流體特質的固體超材料,有望應用在防地震建築物。馬冠聰(左)和沈平(中)手持超材料模型。 黎忞 攝

科大研發鋼柱矽膠加人工樹脂 嵌入樑柱建築物更「堅挺」

香港文匯報訊(記者 黎忞)地震時釋出的橫波(Transverse Wave)會引致地面水平搖晃,是地震中破壞建築物結構的主要原因,有機會造成嚴重人命傷亡及財物損失。香港科技大學物理學系研究團隊,研發出由鋼柱、矽膠及人工樹脂所組成、可針對性阻擋破壞力強的橫波傳遞的固體複合超材料。該材料以特殊的複合厚度結構,發揮有如彈簧的作用,可阻隔橫波而只傳遞破壞性較低的縱波(Longitudinal Wave)。團隊期望超材料可應用於嵌入柱或橫樑,或翻新現有建築,提高防震效果。

根據聯合國報告,地震是造成最多人命傷亡的自然災害,防震或減震建築設計及物料被視為減少地震傷亡的關鍵。科大物理學系蒙民偉博士納米科學教授沈平的團隊,針對地震波物理傳播特性,以約一年半時間研發出新的複合超材料,由3種固體物料組成,由鋼柱包上矽膠,嵌入人工樹脂內。由於包蚇柱的是彈性矽膠層,鋼柱側面厚度遠大於上下兩端,超材料作用有如彈簧,運用各向異性共振(anisotropic resonances)效應,可於特定震動頻率範圍內阻隔橫波。

首次發現固體擁流體特質

團隊成員馬冠聰解釋指,他們在實驗中,於震台從底部向棒狀模型激發縱波及橫波,令模型上下或橫向地震動,發現在1,200Hz至1,600Hz(每秒/頻次)範圍內,橫波震動能量只及縱波萬分一;若由棒狀頂部量度,只可以量度到垂直傳送能量,但未能橫向地傳送。他表示,此性質一般只在液體出現,但他們首次發現固體複合材料亦可有流體特質。

應用方面,團隊指,該防橫波震動超材料可嵌入柱或橫樑,以節省空間,亦可翻新現有建築,提高防震效果。沈平補充說,上述「硬、軟、硬」超材料結構可有效防震,更可善用木、水泥等取代外層樹脂,以降低成本。

有望改善醫療超聲波傳感器效率

另一方面,該具備流體特質的複合固體材料,有望用於改善醫療超聲波傳感器效率;由於人體組織彈性與水接近,超聲波傳感器由固體物料做成,運用超材料可令固體波特性與水更匹配,從而減少兩個界面接觸時的能源消耗,提高耦合效率,減低超聲波感測器的雜訊。

讀文匯報PDF版面

新聞排行
圖集
視頻