Explorando Instabilidades Microestruturais em Sólidos e Estruturas: De Metamateriais a Transições Estruturais

Instabilidades em sólidos e estruturas são onipresentes em todas as escalas de comprimento e tempo, e os princípios de design de engenharia comumente visavam prevenir instabilidades. No entanto, nas últimas duas décadas, a mecânica de engenharia passou por uma mudança de paradigma, deixando de evitar instabilidades para aproveitar-se delas. No cerne de todas as instabilidades—tanto na escala microestrutural em materiais quanto no nível macroscópico e estrutural—está uma paisagem de energia potencial não convexa que é responsável, por exemplo, por transições de fase e troca de domínio, localização, formação de padrões ou flambagem e estalo estrutural. Conduzir deliberadamente um sistema próximo, dentro e além do regime instável tem sido explorado para criar novos sistemas de materiais com propriedades físicas superiores, interessantes ou extremas. Aqui, revisamos o estado da arte na utilização de instabilidades mecânicas em sólidos e estruturas no nível microestrutural a fim de controlar o desempenho macroscópico de (meta)materiais. Após uma breve revisão teórica, discutimos exemplos de utilização de instabilidades materiais (desde transições de fase e comutação ferroelétrica até compósitos extremos) bem como exemplos de exploração de instabilidades estruturais em metamateriais acústicos e mecânicos.