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비정상적인 재료의 비밀: 음의 푸아송 비가 재료 특성을 변화시킬 수 있는 이유는 무엇입니까?
재료 과학의 세계에는 음의 포아송 비를 갖는 변칙적 재료라는 매혹적인 재료 종류가 있습니다. 이는 재료가 한 방향으로 늘어나면 동시에 수직 방향으로도 늘어나는 것을 의미하며 이는 기존 재료와 완전히 반대입니다. 전통적인 재료에서는 늘이면 일반적으로 수직 수축이 발생합니다.
비정상적인 소재는 단순히 학문적인 개념이 아니라 일상생활에서도 의료기기부터 스포츠 장비까지 다양한 분야로 침투하고 있습니다.
이상물질의 역사
이상 현상이라는 단어는 '성장을 촉진하다'라는 뜻을 지닌 고대 그리스어 'auxetikos'에서 유래되었습니다. 이 용어는 엑서터 대학의 켄 에반스(Ken Evans) 교수가 만들어냈습니다. 이미 1978년에 베를린에 있는 연구원 K. Pietsch는 다이아몬드 접힌 구조라고도 알려진 RFS 구조인 최초의 인공 변칙 물질을 발명했습니다. 그는 당시 "보조"라는 용어를 사용하지 않았지만 비선형 기계적 반응의 기본 레버 메커니즘을 처음으로 설명했으며 따라서 변칙적 네트워크의 창시자로 간주됩니다.
1985년에 A.G. Kolpakov는 음의 포아송 비를 갖는 재료의 첫 번째 예를 발표했으며, 1987년에는 위스콘신 대학교 매디슨의 R.S. Lakes가 "음의 포아송 비를 갖는 폼 구조"라는 논문을 발표했습니다. 이 분야의 발전. 그 이후로 변칙물질에 대한 연구는 점차 광범위한 관심을 끌게 되었는데, 특히 이 주제와 관련된 출판물 수가 크게 증가한 1991년 이후 더욱 그렇습니다.
이상물질의 특성
비정상적인 물질은 밀도가 낮은 경우가 많아 미세 구조가 경첩처럼 움직일 수 있습니다. 이 동작은 탄성 끈을 감싸는 비탄성 끈의 거시적 구현으로 설명할 수 있습니다. 끝 부분을 잡아당기면 비탄성 코드가 곧게 펴지고 탄성 코드가 늘어나고 감겨 구조의 유효 부피가 증가합니다. 매크로 제품 개발 측면에서는 비정상적으로 회전하는 삼각형 구조를 기반으로 한 신발 제품 및 생체 보철물 개발이 널리 활용되고 있다.
흥미롭게도 쥐 배아 줄기 세포와 같은 일부 생물학적 세포도 특정 조건에서 비정상적인 행동을 보이며, 이는 연구자에게 비정상적인 물질의 잠재적인 응용에 대한 새로운 상상력을 제공합니다.
이상한 자료의 예
비정상 물질의 예로는 비정상 폴리우레탄 폼, 쥐 배아줄기세포 핵, 알파석영 등이 있습니다. 이러한 재료의 특수한 구조는 다양한 응용 분야에서 탁월한 고유한 특성을 제공합니다. 또한 특정 암석과 광물, 그래핀, 특정 유형의 폴리테트라플루오로에틸렌(예: Gore-Tex)도 변칙적인 특성을 갖는 것으로 밝혀졌습니다.
연구가 심화됨에 따라 점점 더 많은 재료가 비정상적인 특성을 가지고 있는 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 재료와 구조적 거동에 대한 논의는 비정상적인 재료에 대한 과학계의 관심과 탐구를 증가시켰습니다. 그러나 변칙적 물질의 가능성에도 불구하고 광범위한 실제 응용은 여전히 많은 과제에 직면해 있으며 더 많은 연구와 개발이 필요합니다.
미래 트렌드
현재 변칙물질에 대한 연구는 점점 대중화되고 있으며, 순수한 이론 탐구에서 실제 응용 실험으로 점차 전환되고 있습니다. 의료, 스포츠 장비, 건축자재 등 다양한 분야에서 비정상 소재는 유연성과 뛰어난 성능을 입증해 왔으며 많은 기업과 연구기관이 비정상 분야 탐구에 동참하기 시작했습니다.
궁극적으로 이러한 연구는 재료에 대한 우리의 이해와 기술 및 디자인에서의 응용을 변화시킬 수 있습니다.
이날, 우리는 비정상 소재의 미래가 기회와 도전으로 가득 차 있음을 확인할 수 있습니다. 미래의 소재 혁명이 우리 일상에 어떤 영향을 미칠지 생각해 본 적이 있나요?
