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El secreto de los materiales anormales: ¿Por qué la relación de Poisson negativa puede cambiar las propiedades de los materiales?
En el mundo de la ciencia de los materiales, existe una clase fascinante de materiales llamados materiales anómalos, que tienen una relación de Poisson negativa. Esto significa que cuando el material se estira en una dirección, también se estirará en dirección vertical al mismo tiempo, que es todo lo contrario de los materiales tradicionales. En los materiales tradicionales, el estiramiento suele provocar una contracción vertical.
Los materiales anormales no son sólo un concepto académico en la vida diaria, la aplicación de dichos materiales ha penetrado en diversos campos, desde dispositivos médicos hasta equipos deportivos, en todas partes.
Historia de materiales anormales
La palabra anomalía proviene de la antigua palabra griega "auxetikos" que significa "promover el crecimiento". El término fue acuñado por el profesor Ken Evans de la Universidad de Exeter. Ya en 1978, el investigador berlinés K. Pietsch inventó el primer material anómalo artificial: la estructura RFS, también conocida como estructura plegada en diamante. Aunque no utilizó el término "auxético" en ese momento, fue el primero en describir el mecanismo de palanca básico de su respuesta mecánica no lineal y, por lo tanto, se le considera el fundador de las redes anómalas.
En 1985, A.G. Kolpakov publicó el primer ejemplo de un material con una relación de Poisson negativa, y en 1987, R.S Lakes de la Universidad de Wisconsin-Madison publicó el artículo "Estructuras de espuma con una relación de Poisson negativa". desarrollo de este campo. Desde entonces, el estudio de materiales anómalos ha ido atrayendo una atención generalizada, especialmente desde 1991, cuando el número de publicaciones relacionadas con este tema aumentó significativamente.
Características de los materiales anormales
Los materiales anormales suelen tener densidades bajas, lo que permite que sus microestructuras se muevan como bisagras. Este comportamiento puede explicarse mediante una implementación macroscópica de una cuerda inelástica enrollada alrededor de una cuerda elástica. Cuando se separan los extremos, el cordón inelástico se endereza, mientras que el cordón elástico se estira y se enrolla, aumentando el volumen efectivo de la estructura. En términos de desarrollo de macroproductos, se ha utilizado ampliamente el desarrollo de productos de calzado y prótesis biónicas basadas en estructuras triangulares que giran anormalmente.
Curiosamente, algunas células biológicas, como las células madre embrionarias de ratón, también exhiben un comportamiento anormal bajo ciertas condiciones, lo que da a los investigadores nuevas ideas sobre las posibles aplicaciones de materiales anormales.
Ejemplos de materiales anormales
Ejemplos de materiales anormales incluyen espuma de poliuretano anormal, núcleos de células madre embrionarias de ratón, cuarzo alfa, etc. La estructura especial de estos materiales les confiere propiedades únicas que los hacen excelentes en una variedad de aplicaciones. Además, también se ha descubierto que ciertas rocas y minerales, el grafeno y ciertos tipos de politetrafluoroetileno (como el Gore-Tex) tienen propiedades anómalas.
Con la profundización de la investigación, se ha descubierto que cada vez más materiales tienen propiedades anormales. La discusión sobre estos materiales y comportamientos estructurales ha aumentado el interés y la exploración de materiales anormales por parte de la comunidad científica. Sin embargo, a pesar de la promesa de los materiales anómalos, las aplicaciones prácticas generalizadas todavía enfrentan muchos desafíos y requieren más investigación y desarrollo.
Tendencias futuras
En la actualidad, la investigación sobre materiales anómalos se está volviendo cada vez más popular y está pasando gradualmente de una exploración puramente teórica a experimentos de aplicación práctica. En muchos campos, como la atención médica, los equipos deportivos y los materiales de construcción, los materiales anormales han demostrado flexibilidad y excelente rendimiento. Muchas empresas e instituciones de investigación han comenzado a unirse a la exploración de campos anormales.
En última instancia, estos estudios pueden cambiar nuestra comprensión de los materiales y sus aplicaciones en tecnología y diseño.
En este día, podemos ver que el futuro de los materiales anormales está lleno de oportunidades y desafíos. ¿Alguna vez has pensado en cómo la futura revolución material afectará nuestra vida diaria?
