拉胀材料

✍ dations ◷ 2025-02-23 15:19:00 #拉胀材料

拉胀材料(Auxetics)也称为负泊松比材料,是泊松比为负值的结构或材料。一般材料在拉伸时,垂直于拉伸方向的部分会收缩。但拉胀材料在拉伸时,垂直拉伸方向的部分会膨胀,这是因为其特殊内部构造,以及在单轴施力下的形变方式有关。拉胀材料可能是单分子、晶体,或是特别的巨观结构。

有拉胀特性的材料及结构多半会有高吸震及高断裂抵抗的能力。拉胀材料可用在像防弹背心、包装材料、护膝及护肘、强健吸震材料及胶棉拖把。

auxetic一词源自希腊文的αὐξητικός(auxetikos),意思是“倾向于增加”。这个词是由艾希特大学的Ken Evans教授所创。

由柏林的研究者K. Pietsch在1978年发明的RFS结构(钻石折叠结构),是首批人工合成的拉胀材料之一,K. Pietsch没有使用auxetic一词,不过他第一个描述其底层的杠杆特性以及其非线性的力学特性,因此视为是拉胀网状材料的发明者。最早发表的负泊松常数论文是由A. G. Kolpakov在1985年提出《确认弹性网络的平均特性》(Determination of the average characteristics of elastic frameworks)。下一个有关合成拉胀材料的论文是在1987年的《科学》期刊,标题是《负泊松比的泡沬结构》(Foam structures with a Negative Poisson's Ratio),是威斯康星大学麦迪逊分校的R.S. Lakes所提出。auxetic一词的使用大约是在1991年开始。在1985年开始发表用周期性凹六边形单元(有负泊松比特性)建构复合结构的设计。

一般而言,拉胀材料是低密度的物质,因此其中允许有类似杠杆,可以变形的拉胀微结构。

巨观下,拉胀特性可以用非弹性的弦绕在弹性的绳子上来说明。当结构的末端受力拉开时,非弹性的弦伸直,弹性绳伸展并绕在其周围,因此增加了结构的有效体积。巨观下的拉胀特性也可以用来开发有强化机能的产品,例如由Grima及Evans开发,以拉胀可旋转三角形结构为基础的鞋子

以下一些拉胀材料的例子:

木栓不是拉胀材料,但其泊松比几乎为0,因此适合用来作酒瓶的瓶塞

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