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拉脹材料

一月 29, 2023

拉脹材料（Auxetics）也稱為負泊松比材料，是泊松比為負值的结构或材料[1]。一般材料在拉伸時，垂直于拉伸方向的部份會收縮。但拉脹材料在拉伸時，垂直拉伸方向的部份會膨脹，這是因為其特殊內部構造，以及在單軸施力下的形變方式有關。拉脹材料可能是單分子、晶體，或是特別的巨觀結構。

拉脹材料

有拉脹特性的材料及結構多半會有高吸震及高斷裂抵抗的能力。拉脹材料可用在像防彈背心[2]、包裝材料、護膝及護肘、強健吸震材料及膠棉拖把。

歷史

auxetic一詞源自希腊文的αὐξητικός（auxetikos），意思是「傾向於增加」。這個詞是由艾希特大學的Ken Evans教授所創[3][4]。

由柏林的研究者K. Pietsch在1978年發明的RFS結構（鑽石摺疊結構），是首批人工合成的拉脹材料之一[5]，K. Pietsch沒有使用auxetic一詞，不過他第一個描述其底層的槓桿特性以及其非線性的力學特性，因此視為是拉脹網狀材料的發明者。 最早發表的負泊松常數論文是由A. G. Kolpakov在1985年提出《確認彈性網路的平均特性》（Determination of the average characteristics of elastic frameworks）。下一個有關合成拉脹材料的論文是在1987年的《科學》期刊，標題是《負泊松比的泡沬結構》（Foam structures with a Negative Poisson's Ratio）[6]，是威斯康星大学麦迪逊分校的R.S. Lakes所提出。auxetic一詞的使用大約是在1991年開始[7]。在1985年開始發表用週期性凹六邊形單元（有負泊松比特性）建構複合結構的設計[8][9][10][11]。

特性

 
有拉脹材料的鞋子，在走路或跑步時其大小會改變

一般而言，拉脹材料是低密度的物質，因此其中允許有類似槓桿，可以變形的拉脹微結構[12]。

巨觀下，拉脹特性可以用非弹性的弦繞在弹性的繩子上來說明。當結構的末端受力拉開時，非弹性的弦伸直，弹性繩伸展並繞在其周圍，因此增加了結構的有效體積。巨觀下的拉脹特性也可以用來開發有強化機能的產品，例如由Grima及Evans開發，以拉脹可旋轉三角形結構為基礎的鞋子[13][14][15]

常見的拉脹材料

以下一些拉脹材料的例子：

  • 拉脹聚氨酯泡沫[16][17]。
  • α-方矽石（英语：Cristobalite）[18]。
  • 特定的岩石及礦物[19]。
  • 石墨烯，可以透過引入晶格空位使其有拉脹性[20][21]。
  • 活的動物骨骼組織（這個只是推測）[19]。
  • 在正常運動範圍內的肌腱[22]。
  • 特殊的聚四氟乙烯聚合物，例如Gore-Tex[23]。
  • 一些特殊的紙張。若紙張在平行紙面的方向受力拉伸，由於其網狀的結構，其厚度也會增加[24][25]
  • 一些摺紙形成的結構，例如鑽石摺疊結構（Diamond-Folding-Structure、也簡稱為RFS）、人字纹（英语：Herringbone pattern）摺疊結構（FFS）或是三浦摺疊[26][27]，或是由這些摺疊衍生的週期性圖案[28][29]。
  • 一些為呈現負泊松比而設計的特製結構[30][31]。
  • 鏈狀有機分子。近期的研究發現像是n-烷烃或是類似結構的有機晶體可能會有拉脹特性[32]。
  • 加工過的針刺不織布。因為其纖維的網狀結構，應用熱和壓力的加工方案可以讓不織布具有拉脹特性[33][34]。

木栓不是拉脹材料，但其泊松比幾乎為0，因此適合用來作酒瓶的瓶塞[35][36]

相關條目

  • 聲學超材料（英语：Acoustic metamaterials）
  • 力學超材料（英语：Mechanical metamaterials）
  • 超材料
  • Zetix（英语：Zetix），一種已商品化的拉脹材料
  • 六角平行多邊形

參考資料

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外部連結

一月 29, 2023
拉脹材料, auxetics, 也稱為負泊松比材料, 是泊松比為負值的结构或材料, 一般材料在拉伸時, 垂直于拉伸方向的部份會收縮, 但在拉伸時, 垂直拉伸方向的部份會膨脹, 這是因為其特殊內部構造, 以及在單軸施力下的形變方式有關, 可能是單分子, 晶體, 或是特別的巨觀結構, 有拉脹特性的材料及結構多半會有高吸震及高斷裂抵抗的能力, 可用在像防彈背心, 包裝材料, 護膝及護肘, 強健吸震材料及膠棉拖把, 目录, 歷史, 特性, 常見的, 相關條目, 參考資料, 外部連結歷史, 编辑auxetic一詞源自希腊文的. 拉脹材料 Auxetics 也稱為負泊松比材料 是泊松比為負值的结构或材料 1 一般材料在拉伸時 垂直于拉伸方向的部份會收縮 但拉脹材料在拉伸時 垂直拉伸方向的部份會膨脹 這是因為其特殊內部構造 以及在單軸施力下的形變方式有關 拉脹材料可能是單分子 晶體 或是特別的巨觀結構 拉脹材料 有拉脹特性的材料及結構多半會有高吸震及高斷裂抵抗的能力 拉脹材料可用在像防彈背心 2 包裝材料 護膝及護肘 強健吸震材料及膠棉拖把 目录 1 歷史 2 特性 3 常見的拉脹材料 4 相關條目 5 參考資料 6 外部連結歷史 编辑auxetic一詞源自希腊文的aὐ3htikos auxetikos 意思是 傾向於增加 這個詞是由艾希特大學的Ken Evans教授所創 3 4 由柏林的研究者K Pietsch在1978年發明的RFS結構 鑽石摺疊結構 是首批人工合成的拉脹材料之一 5 K Pietsch沒有使用auxetic一詞 不過他第一個描述其底層的槓桿特性以及其非線性的力學特性 因此視為是拉脹網狀材料的發明者 最早發表的負泊松常數論文是由A G Kolpakov在1985年提出 確認彈性網路的平均特性 Determination of the average characteristics of elastic frameworks 下一個有關合成拉脹材料的論文是在1987年的 科學 期刊 標題是 負泊松比的泡沬結構 Foam structures with a Negative Poisson s Ratio 6 是威斯康星大学麦迪逊分校的R S Lakes所提出 auxetic一詞的使用大約是在1991年開始 7 在1985年開始發表用週期性凹六邊形單元 有負泊松比特性 建構複合結構的設計 8 9 10 11 特性 编辑 有拉脹材料的鞋子 在走路或跑步時其大小會改變 一般而言 拉脹材料是低密度的物質 因此其中允許有類似槓桿 可以變形的拉脹微結構 12 巨觀下 拉脹特性可以用非弹性的弦繞在弹性的繩子上來說明 當結構的末端受力拉開時 非弹性的弦伸直 弹性繩伸展並繞在其周圍 因此增加了結構的有效體積 巨觀下的拉脹特性也可以用來開發有強化機能的產品 例如由Grima及Evans開發 以拉脹可旋轉三角形結構為基礎的鞋子 13 14 15 常見的拉脹材料 编辑以下一些拉脹材料的例子 拉脹聚氨酯泡沫 16 17 a 方矽石 英语 Cristobalite 18 特定的岩石及礦物 19 石墨烯 可以透過引入晶格空位使其有拉脹性 20 21 活的動物骨骼組織 這個只是推測 19 在正常運動範圍內的肌腱 22 特殊的聚四氟乙烯聚合物 例如Gore Tex 23 一些特殊的紙張 若紙張在平行紙面的方向受力拉伸 由於其網狀的結構 其厚度也會增加 24 25 一些摺紙形成的結構 例如鑽石摺疊結構 Diamond Folding Structure 也簡稱為RFS 人字纹 英语 Herringbone pattern 摺疊結構 FFS 或是三浦摺疊 26 27 或是由這些摺疊衍生的週期性圖案 28 29 一些為呈現負泊松比而設計的特製結構 30 31 鏈狀有機分子 近期的研究發現像是n 烷烃或是類似結構的有機晶體可能會有拉脹特性 32 加工過的針刺不織布 因為其纖維的網狀結構 應用熱和壓力的加工方案可以讓不織布具有拉脹特性 33 34 木栓不是拉脹材料 但其泊松比幾乎為0 因此適合用來作酒瓶的瓶塞 35 36 相關條目 编辑聲學超材料 英语 Acoustic metamaterials 力學超材料 英语 Mechanical metamaterials 超材料 Zetix 英语 Zetix 一種已商品化的拉脹材料 六角平行多邊形參考資料 编辑 Nana Ho 柚子帽是真的 BMW 參考柚子皮結構做防護配件 保護性能提升 20 科技新報 2017 10 04 2019 08 08 原始内容存档于2019 08 07 Hook s law The Economist 2012 12 01 2013 03 01 原始内容存档于2013 02 28 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