新技术可以加速声透镜、抗冲击薄膜和其他未来材料的发展

但是工程师在物理测试和验证这些超材料性能方面的选择非常有限。纳米压痕是探测这种微观结构的典型方式，尽管是以非常慎重和可控的方式进行的。该方法采用微米级尖端缓慢向下推压结构，同时测量结构在压缩时的微小位移和作用力。

波特尔拉指出：“但这种技术只能达到如此之快，同时也会破坏结构。我们想找到一种方法来测量这些结构如何动态地表现，例如在受到强烈冲击的初始反应中，但不会破坏它们。”

超材料的世界

该团队转向激光超声波——一种非破坏性方法，使用调谐到超声频率的短激光脉冲，在不接触的情况下激发非常薄的材料，如金膜。激光激发产生的超声波在一定范围内，可以使薄膜以一定频率振动，然后科学家们可以利用该频率确定薄膜的精确厚度，达到纳米精度。该技术还可以用于确定薄膜是否存在任何缺陷。

波特尔拉和他的同事意识到，超声波激光器也可能安全地诱导他们的3D超材料塔振动；塔的高度从50到200微米不等，大约是人类头发直径的两倍，与薄膜的微观尺度相似。

为了验证这一想法，Yun Kai加入了Portela的团队，他拥有激光光学方面的专业知识，他建立了一个由两个超声波激光器组成的桌面装置——一个“脉冲”激光器用于激发超材料样品，一个“探测”激光器用于测量产生的振动。

在一个指甲盖大小的芯片上，团队打印了数百个微型塔，每个塔都有特定的高度和结构。他们将这个微型超材料城市放置在双激光装置中，然后用重复的超短脉冲激发塔。第二台激光器测量了每个塔的振动。然后，团队收集数据，寻找振动模式。

Portela说：“我们用激光激发所有这些结构，就像用锤子击打它们一样。然后我们捕捉到数百个塔的所有摆动，它们都以略微不同的方式摆动。然后我们可以分析这些摆动，提取每个结构的动态特性，例如它们对冲击的刚度，以及超声波通过它们的速度。”

该团队使用相同的技术扫描塔楼缺陷。他们打印了几个无缺陷的塔楼，然后打印了相同的建筑，但有不同程度的缺陷，如缺少支柱和横梁，每个都小于一个红细胞的尺寸。

波尔特拉解释说：“由于每个塔楼都有振动特征，我们发现，我们在同一结构中放置的缺陷越多，这种特征的转变就越大。你可以想象扫描一条结构装配线。如果你发现一个具有略微不同特征的结构，你就知道它并不完美。”

他说，科学家们可以在自己的实验室里轻松地重新创建激光装置。然后，波尔特拉预测，实用、真实的超材料将会被发现。就他而言，波尔特拉热衷于制造和测试聚焦超声波的超材料，例如提高超声波探头的灵敏度。他还探索了抗冲击超材料，例如用于自行车头盔的内衬。

Kai说：“我们知道制造材料来减轻冲击和影响有多重要。现在，通过我们的研究，我们第一次能够表征超材料的动态行为，并对其进行极限探索。”

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