從1985到現在:為什麼Auxetic材料的研究如此爆炸性增長?

Auxetic材料以其獨特的負泊松比聞名於世,這使得在一個方向的伸展能夠引起垂直方向的擴展。相對於傳統材料,Auxetic材料呈現出一種反向的行為,這讓研究員們對其潛在應用產生了濃厚的興趣。自從1985年首次被廣泛提及以來,關於Auxetic材料的文獻量直線上升,引發了科學界的熱烈討論與探索。

Auxetic材料的特性讓它們在保護裝備、醫療裝置以至於服裝設計中都有廣泛的應用潛力。

Auxetic材料的起源與發展

Auxetic一詞源於希臘語的“αὐξητικός”,意指“那種促進增加的”。這一術語由埃克塞特大學的Ken Evans教授所創。1978年,柏林研究者K. Pietsch發明的RFS結構被認為是第一種人造Auxetic材料的例證。儘管當時尚未使用“Auxetic”這個名詞,他卻首次描述了底層槓桿機制及其非線性機械反應,因此被認為是Auxetic網的發明者。

1985年,A. G. Kolpakov在其論文中首次發表了具有負泊松比的材料。隨後在1987年,《科學》雜誌上又介紹了由威斯康星大學的R.S. Lakes研究小組描述的泡沫結構,這進一步推廣了這種材料的認知。到了1991年,Auxetic這個術語才開始被普遍使用。

Auxetic材料的性質及其應用

Auxetic材料通常具有低密度,這使得它們的微結構在應力下能夠像鉸鏈一樣靈活。從宏觀層面來看,Auxetic行為可以用一根圍繞彈簧的非彈性繩子來說明。當該結構的兩端被拉開時,非彈性繩子會伸直,而彈簧則會延展並繞到其周圍,從而增大該結構的有效體積。

Auxetic材料的優異特性使它們在鞋類、醫療義肢等產品中表現出色,甚至在有機生命體中也能找到類似的表現。

例如,某些晶體材料和組織如小鼠胚胎幹細胞在特定條件下也展示了Auxetic性質。這不僅將Auxetic材料與科學研究聯繫起來,同時也指出它們在生物醫學領域的應用潛力。

Auxetic材料的實例

Auxetic材料有許多實際的例子,如:

  • Auxetic聚氨酯泡沫
  • 小鼠胚胎幹細胞
  • α-結晶石
  • 多種晶體材料(如鋰、鈉、鉀等)
  • 石頭與礦物
  • 石墨烯
  • 生活中的骨組織與腱等

這些不同的Auxetic材料實例展示了它們從微觀到宏觀的廣泛適用性,證明了Auxetic研究的多樣性與潛力。

Auxetic材料研究的迅猛增長

近年來,根據Scopus搜索引擎的數據,Auxetic材料的研究文獻呈現出爆炸式增長的趨勢。1991年僅有一篇相關出版物,但到了2016年,這個數字已增至165篇,顯示出研究人員對於Auxetic材料愈發濃厚的興趣。

然而,儘管Auxetic材料顯示出強大的應用潛力,它們在多個領域的普遍應用還面臨挑戰。因此,進一步的研究對於完善Auxetic材料並推廣其應用至關重要。

Auxetic材料究竟能在多少領域發揮影響並改變未來的材料科學?

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