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Das Geheimnis abnormaler Materialien: Warum kann eine negative Poissonzahl die Materialeigenschaften verändern?
In der Welt der Materialwissenschaften gibt es eine faszinierende Klasse von Materialien, die als anomale Materialien bezeichnet werden und eine negative Poissonzahl aufweisen. Das heißt, wenn das Material in eine Richtung gedehnt wird, wird es gleichzeitig auch in die vertikale Richtung gedehnt, was das komplette Gegenteil zu herkömmlichen Materialien ist. Bei herkömmlichen Materialien führt die Dehnung normalerweise zu einer vertikalen Schrumpfung.
Anormale Materialien sind nicht nur ein akademisches Konzept, die Anwendung solcher Materialien ist überall in verschiedenen Bereichen angekommen, von medizinischen Geräten bis hin zu Sportgeräten.
Geschichte abnormaler Materialien
Das Wort Anomalie kommt vom altgriechischen Wort „auxetikos“, was „Wachstum fördern“ bedeutet. Der Begriff wurde von Professor Ken Evans von der University of Exeter geprägt. Bereits 1978 erfand der Berliner Forscher K. Pietsch das erste künstliche anomale Material, die RFS-Struktur, auch Diamantfaltenstruktur genannt. Obwohl er damals den Begriff „auxetisch“ nicht verwendete, beschrieb er als Erster den grundlegenden Hebelmechanismus seiner nichtlinearen mechanischen Reaktion und gilt daher als Begründer anomaler Netzwerke.
1985 veröffentlichte A.G. Kolpakov das erste Beispiel eines Materials mit einer negativen Poissonzahl, und 1987 veröffentlichte R.S. Lakes von der University of Wisconsin-Madison den Artikel „Schaumstrukturen mit einer negativen Poissonzahl“. Entwicklung dieses Bereichs. Seitdem hat die Untersuchung anomaler Materialien nach und nach große Aufmerksamkeit erregt, insbesondere seit 1991, als die Zahl der Veröffentlichungen zu diesem Thema erheblich zunahm.
Eigenschaften ungewöhnlicher Materialien
Anormale Materialien haben oft eine geringe Dichte, wodurch sich ihre Mikrostrukturen wie Scharniere bewegen können. Dieses Verhalten kann durch eine makroskopische Implementierung einer unelastischen Saite, die um eine elastische Saite gewickelt ist, erklärt werden. Wenn die Enden auseinandergezogen werden, richtet sich die unelastische Schnur auf, während sich die elastische Schnur ausdehnt und aufrollt, wodurch das effektive Volumen der Struktur vergrößert wird. Im Hinblick auf die Makroproduktentwicklung ist die Entwicklung von Schuhprodukten und bionischen Prothesen auf der Grundlage abnormal rotierender Dreiecksstrukturen weit verbreitet.
Interessanterweise zeigen einige biologische Zellen, wie beispielsweise embryonale Stammzellen von Mäusen, unter bestimmten Bedingungen auch abnormales Verhalten, was Forschern neue Vorstellungen über die möglichen Anwendungen abnormaler Materialien gibt.
Beispiele für ungewöhnliche Materialien
Beispiele für abnormale Materialien sind abnormaler Polyurethanschaum, embryonale Stammzellkerne von Mäusen, Alpha-Quarz usw. Die besondere Struktur dieser Materialien verleiht ihnen einzigartige Eigenschaften, die sie für eine Vielzahl von Anwendungen hervorragend machen. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass auch bestimmte Gesteine und Mineralien, Graphen und bestimmte Arten von Polytetrafluorethylen (wie Gore-Tex) anomale Eigenschaften aufweisen.
Mit der Vertiefung der Forschung wurde festgestellt, dass immer mehr Materialien abnormale Eigenschaften aufweisen. Die Diskussion dieser Materialien und ihres strukturellen Verhaltens hat das Interesse und die Erforschung abnormaler Materialien in der wissenschaftlichen Gemeinschaft erhöht. Trotz des Versprechens anomaler Materialien stehen weit verbreitete praktische Anwendungen jedoch immer noch vor vielen Herausforderungen und erfordern mehr Forschung und Entwicklung.
Zukünftige Trends
Gegenwärtig erfreut sich die Erforschung anomaler Materialien immer größerer Beliebtheit und geht allmählich von der rein theoretischen Erforschung zu praktischen Anwendungsexperimenten über. In vielen Bereichen wie der medizinischen Versorgung, Sportausrüstung und Baumaterialien haben anormale Materialien ihre Flexibilität und hervorragende Leistung bewiesen. Viele Unternehmen und Forschungseinrichtungen haben begonnen, sich der Erforschung anormaler Bereiche anzuschließen.
Letztendlich können diese Studien unser Verständnis von Materialien und ihren Anwendungen in Technologie und Design verändern.
An diesem Tag können wir sehen, dass die Zukunft anormaler Materialien voller Chancen und Herausforderungen ist. Haben Sie jemals darüber nachgedacht, wie sich die zukünftige Materialrevolution auf unser tägliches Leben auswirken wird?
