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Dal 1985 ad oggi: perché la ricerca sui materiali auxetici è cresciuta in modo così esplosivo?
I materiali auxetici sono noti per il loro esclusivo rapporto di Poisson negativo, che consente l'allungamento in una direzione per provocare l'espansione nella direzione verticale. Rispetto ai materiali tradizionali, i materiali auxetici mostrano un comportamento inverso, che ha attirato il forte interesse dei ricercatori per le loro potenziali applicazioni. Da quando è stato ampiamente menzionato per la prima volta nel 1985, la quantità di letteratura sui materiali auxetici è salita alle stelle, innescando accese discussioni ed esplorazioni nella comunità scientifica.
Le proprietà dei materiali auxetici offrono loro un ampio potenziale di applicazione nei dispositivi di protezione, nei dispositivi medici e persino nella progettazione di indumenti.
L'origine e lo sviluppo dei materiali auxetici
La parola auxetico deriva dal greco "αὐξητικός", che significa "ciò che favorisce l'aumento". Il termine è stato coniato dal professor Ken Evans dell'Università di Exeter. La struttura RFS inventata dal ricercatore berlinese K. Pietsch nel 1978 è considerata il primo esempio di materiale auxetico artificiale. Sebbene all'epoca il termine "Auxetico" non fosse ancora utilizzato, fu il primo a descrivere il meccanismo di leva sottostante e la sua risposta meccanica non lineare, ed è quindi considerato l'inventore della rete Auxetica.
Nel 1985, A. G. Kolpakov pubblicò per la prima volta nel suo articolo materiali con il rapporto di Poisson negativo. Poi, nel 1987, la rivista Science presentò una struttura in schiuma descritta dal gruppo di ricerca di R.S Lakes presso l'Università del Wisconsin, che rese ulteriormente popolare la conoscenza di questo materiale. Fu solo nel 1991 che il termine auxetico cominciò ad essere comunemente usato.
Proprietà e applicazioni dei materiali auxetici
I materiali auxetici hanno in genere basse densità, il che consente alla loro microstruttura di flettersi come cerniere sotto stress. A livello macro, il comportamento auxetico può essere illustrato da una corda anelastica avvolta attorno a una molla. Quando le estremità della struttura vengono separate, la corda anelastica si raddrizza e la molla si allunga e si avvolge attorno ad essa, aumentando il volume effettivo della struttura.
Le eccellenti proprietà dei materiali auxetici li rendono eccellenti in prodotti come calzature e protesi mediche, e prestazioni simili possono essere riscontrate anche nelle forme di vita organiche.
Ad esempio, alcuni materiali e tessuti cristallini, come le cellule staminali embrionali di topo, mostrano anche proprietà auxetiche in determinate condizioni. Ciò non solo collega i materiali auxetici alla ricerca scientifica, ma sottolinea anche il loro potenziale per applicazioni biomediche.
Esempi di materiali auxetici
Esistono molti esempi pratici di materiali auxetici, come:
- Poliuretano espanso auxetico
- Cellule staminali embrionali di topo
- Pietra α-cristallina
- Una varietà di materiali cristallini (come litio, sodio, potassio, ecc.)
- Pietre e Minerali
- Grafene
- Tessuto osseo e tendineo nella vita quotidiana
Questi diversi esempi di materiali auxetici dimostrano la loro ampia applicabilità dal micro al macro, dimostrando la diversità e il potenziale della ricerca auxetica.
La rapida crescita della ricerca sui materiali auxetici
Negli ultimi anni, secondo i dati del motore di ricerca Scopus, la letteratura di ricerca sui materiali Auxetici ha mostrato un trend di crescita esplosivo. C'era solo una pubblicazione rilevante nel 1991, ma nel 2016 questo numero era salito a 165, a dimostrazione del crescente interesse per i materiali auxetici tra i ricercatori.
Tuttavia, sebbene i materiali auxetici mostrino un forte potenziale applicativo, la loro ampia applicazione in molteplici campi deve ancora affrontare sfide. Pertanto, ulteriori ricerche sono cruciali per perfezionare i materiali auxetici e promuovere le loro applicazioni.
In quanti campi i materiali auxetici possono avere un impatto e cambiare il futuro della scienza dei materiali?
