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Le secret des matériaux anormaux : pourquoi un coefficient de Poisson négatif peut-il modifier les propriétés des matériaux ?
Dans le monde de la science des matériaux, il existe une classe fascinante de matériaux appelés matériaux anormaux, qui ont un coefficient de Poisson négatif. Cela signifie que lorsque le matériau est étiré dans une direction, il sera également étiré dans le sens vertical en même temps, ce qui est tout le contraire des matériaux traditionnels. Dans les matériaux traditionnels, l’étirement entraîne généralement un retrait vertical.
Les matériaux anormaux ne sont pas seulement un concept académique. Dans la vie quotidienne, l'application de ces matériaux a pénétré partout dans divers domaines, des dispositifs médicaux aux équipements sportifs.
Historique des matériaux anormaux
Le mot anomalie vient du grec ancien « auxetikos » qui signifie « promouvoir la croissance ». Le terme a été inventé par le professeur Ken Evans de l'Université d'Exeter. Dès 1978, le chercheur berlinois K. Pietsch inventait le premier matériau artificiel anormal, la structure RFS, également connue sous le nom de structure pliée en diamant. Bien qu'il n'ait pas utilisé le terme « auxétique » à l'époque, il fut le premier à décrire le mécanisme de levier de base de sa réponse mécanique non linéaire et est donc considéré comme le fondateur des réseaux anormaux.
En 1985, A.G. Kolpakov a publié le premier exemple d'un matériau avec un coefficient de Poisson négatif, et en 1987, R.S. Lakes de l'Université du Wisconsin-Madison a publié l'article « Structures en mousse avec un coefficient de Poisson négatif ». développement de ce domaine. Depuis lors, l’étude des matériaux anormaux a progressivement attiré l’attention, notamment depuis 1991, lorsque le nombre de publications liées à ce sujet a considérablement augmenté.
Caractéristiques des matériaux anormaux
Les matériaux anormaux ont souvent de faibles densités, ce qui permet à leurs microstructures de se déplacer comme des charnières. Ce comportement peut s'expliquer par une implémentation macroscopique d'une corde inélastique enroulée autour d'une corde élastique. Lorsque les extrémités sont écartées, la corde inélastique se redresse, tandis que la corde élastique s'étire et s'enroule, augmentant ainsi le volume effectif de la structure. En termes de développement de macro-produits, le développement de produits de chaussures et de prothèses bioniques basés sur des structures triangulaires à rotation anormale a été largement utilisé.
Il est intéressant de noter que certaines cellules biologiques, telles que les cellules souches embryonnaires de souris, présentent également un comportement anormal dans certaines conditions, ce qui donne aux chercheurs une nouvelle imagination sur les applications potentielles de matériaux anormaux.
Exemples de matériaux anormaux
Des exemples de matériaux anormaux incluent la mousse de polyuréthane anormale, les noyaux de cellules souches embryonnaires de souris, le quartz alpha, etc. La structure particulière de ces matériaux leur confère des propriétés uniques qui les rendent excellents dans de nombreuses applications. De plus, certaines roches et minéraux, le graphène et certains types de polytétrafluoroéthylène (comme le Gore-Tex) ont également des propriétés anormales.
Avec l'approfondissement de la recherche, de plus en plus de matériaux ont des propriétés anormales. La discussion sur ces matériaux et leurs comportements structurels a accru l'intérêt de la communauté scientifique et l'exploration des matériaux anormaux. Cependant, malgré la promesse des matériaux anormaux, les applications pratiques à grande échelle se heurtent encore à de nombreux défis et nécessitent davantage de recherche et de développement.
Tendances futures
À l'heure actuelle, la recherche sur les matériaux anormaux devient de plus en plus populaire et passe progressivement de l'exploration théorique pure aux expériences d'application pratique. Dans de nombreux domaines tels que les soins médicaux, les équipements sportifs et les matériaux de construction, les matériaux anormaux ont fait preuve de flexibilité et d'excellentes performances. De nombreuses entreprises et instituts de recherche ont commencé à se joindre à l'exploration de domaines anormaux.
À terme, ces études pourraient changer notre compréhension des matériaux et de leurs applications en technologie et en conception.
En ce jour, nous pouvons constater que l'avenir des matériaux anormaux est plein d'opportunités et de défis. Avez-vous déjà réfléchi à la manière dont la future révolution matérielle affectera notre vie quotidienne ?
