Language
Country/Area
No result found
反常的負泊松比材料：為什麼壓縮會讓它們更寬？
在材料科學的世界中，機械超材料正逐步成為一個熱門的研究領域。這類人工材料以精確的幾何安排設計而成，展現出非常規的物理及機械特性，而這些特性往往源自於其獨特的內部結構，而非其本身所使用的材料。研究者受到許多因素的啟發，包括自然界的生物材料（如蜂窩和細胞）、分子及晶體單元結構，以及藝術領域中的摺紙和剪紙技術。
機械超材料具有能在自然界中找不到的機械特性，如負剛度、負泊松比、負壓縮性及消失的剪切模量。
負泊松比材料（Auxetics）
泊松比是定義材料在縱向受到壓縮時，橫向擴張或收縮的程度。大部分自然材料的泊松比為正，即在壓縮時會在垂直方向上膨脹。但負泊松比材料（Auxetics）則例外，這類材料的泊松比小於零，意味著在被壓縮時，這些材料會在橫向方向上進一步收縮，這種現象在一些簡單的設計中早已提出，特別是在1985年時就已經有文獻發表相關的負泊松比複合材料。
負剛度材料
負剛度材料的設計使其展現出與傳統材料完全相反的特性：當施加外部力時，材料的變形會導致施加力的減小，而非增大。這種材料是由週期性排列的元素構成，當施加載荷時會產生彈性不穩定性，從而展現出負剛度的行為，這讓它在能量吸收及其他機械特性上脫穎而出。
負熱膨脹
負熱膨脹材料的熱膨脹系數可以是正、負或零，這種材料經常包含了大量的空隙，使其能夠在面對溫度變化時展現出相當大的可調性。而這一特性對於改進光學、聲學或震動控制系統非常有幫助。
高強度與低密度比
這類機械超材料經過精心設計的內部微結構，使其在重量方面具有突出的性能，這種材料通常表現出極高的強度與低密度比，讓其在多種應用中展現出卓越的性能。
負壓縮性與負體模量
相較於普通材料在拉伸時會向施力方向擴張，某些機械超材料可以設計成在受拉時反向收縮，這簡直與人們對機械材料的基本認知相悖。此外，這些負體模量材料在遭受壓力時會選擇擴張，這使得它們在音頻或聲波傳播上的應用變得無限可能。
可編程機械超材料
隨著研究的推進，越來越多的機械超材料不僅具備純機械性能，還結合了電子元件，使其具備可編程的響應能力。這讓機械超材料不僅能在靜態狀態下展現奇特性能，還可以在動態情況下作出智能反應。
未來發展方向
隨著對機械超材料性能及應用探索的不斷深入，這一研究領域的未來充滿了可能性，特別是在自動感知及能量收集方面。這些材料將能與環境進行互動，調整其反應以最佳化其表現，甚至可能將自身的智力納入其中。
未來的機械超材料將有可能具備類似複雜生物體的認知能力，能在環境變化中進行感知、自我供電，乃至進行信息處理。
機械超材料的生態系統正在迅速演變，那麼，未來這些材料將如何改變我們與材料之間的互動方式呢?
