Auxetický materiál

Auxetický materiál je materiál, jež má záporné Poissonovo číslo. Pokud se tedy tento materiál natáhne v jednom směru, roztáhne se i ve směru kolmém. Pojem auxetický vychází z řeckého αυξητόζ, což znamená zvětšitelný. Uvedené označení bylo poprvé uvedeno v roce 1991 v článku profesora Kena Evanse a spoluautorů v časopise Nature.[1]

Popis

Záporné Poissonovo číslo obvykle souvisí s natáčením vnitřní struktury materiálu. Často je proto možné pozorovat auxetické chování u materiálů sestávajících z tuhých struktur propojených poddajnými prvky. Auxetické materiály bývají často porézní či mají buněčnou strukturou. Jako auxetické se také chovají výrazně anizotropní materiály bez speciální vnitřní struktury při zatížení v určitém směru. Záporné Poissonovo číslo může rovněž souviset s fázovou transformací materiálu.

Příklady

  • Polymerní pěny vyrobené všestranným stlačením a zahřátím neauxetických pěn.[2][3][4]
  • Kovové pěny vyrobené postupným stlačováním neauxetických pěn ve třech kolmých směrech.[3]
  • Mikroporézní polymerní materiály vyrobené sintrováním mikrogranulátu, které je následováno extruzí.[5][6][7]
  • Lamináty s určitou skladbou vysoce anizotropních vrstev. Záporné Poissonovo číslo může být pozorováno při deformaci po tloušťce laminátu, či ve směru vrstev laminátu.[8][9][10][11]
  • Voštiny s nekonvexními buňkami či chirální strukturou.[12][13][14][15]
  • Speciální pleteniny[16][17] a tkaniny.[18]
  • Monokrystaly řady kovů s plošně i prostorově středěnou kubickou krystalovou mřížkou.[19]
  • α-cristobalit[20]
  • Vlákna různých druhů pavouků (Argiope aurantia, Latrodectus hesperus, Nephila clavipes, Peucetia viridans).[21]
  • Některé druhy papíru vykazují nárůst tloušťky při tahovém zatížení v rovině papíru.[22][23]
  • Šlachy při mírném zatížení (Achillova šlacha, musculus peroneus brevis či šlachy z ovce a prasete). Auxetické chování může být omezeno jen na některé kombinace směru zatížení a směru příčné deformace.[24]
  • Auxetické struktury při tahovém zatížení ve svislém směru
  • Tuhé pruty propojené rotačními vazbami.

    Tuhé pruty propojené rotačními vazbami.

  • Zvlněný plech připojený k trubkám.[15]

    Zvlněný plech připojený k trubkám.[15]

  • Chirální struktura

    Chirální struktura

Přehledové články o auxetických materiálech

  • LAKES, Roderic S. Advances in negative Poisson's ratio materials. Advanced Materials. 1993, roč. 5, čís. 4, s. 293–296.
  • EVANS, Ken E; ALDERSON, K L. Auxetic materials: the positive side of being negative. Engineering Science and Educational Journal. 2000, roč. 9, čís. 4, s. 148–154.
  • YANG, Wei; LI, Zhong-Ming; SHI, Wei. Review on auxetic materials. Journal of Materials Science. 2004, roč. 39, čís. 10, s. 3269–3279.
  • ALDERSON, A; ALDERSON, K L. Auxetic materials. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2007, roč. 221, čís. 4, s. 565–575.
  • [13]
  • [14]

Reference

  1. ↑ EVANS, Ken E; NKANSAH, M A; HUTCHINSON, I J; ROGERS, S C. Molecular network design. Nature. 1991, roč. 353, čís. 6340, s. 124. Dostupné online. 
  2. ↑ LAKES, Roderic. Foam structures with a negative Poisson's ratio. Science. 1987, roč. 235, čís. 4792, s. 1038–1040. Dostupné online. 
  3. ↑ a b FRIIS, E A; LAKES, R S; PARK, J B. Negative Poisson's ratio polymeric and metallic materials. Journal of Materials Science. 1988, roč. 23, čís. 12, s. 4406–4414. Dostupné online. 
  4. ↑ CRITCHLEY, Richard; CORNI, Ilaria; WHARTON, Julian A; WALSH, Frank C; WOOD, Robert J K. A review of the manufacture, mechanical properties and potential applications of auxetic foams. Physica Status Solidi B. 2013, roč. 250, čís. 10, s. 1963–1982. 
  5. ↑ CADDOCK, B D; EVANS, K E. Microporous materials with negative Poisson's ratios: I. Microstructure and mechanical properties. Journal of Physics D: Applied Physics. 1989, roč. 22, čís. 12, s. 1877–1882. 
  6. ↑ EVANS, K E; CADDOCK, B D. Microporous materials with negative Poisson's ratios: II. Mechanisms and interpretation. Journal of Physics D: Applied Physics. 1989, roč. 22, čís. 12, s. 1883–1887. 
  7. ↑ ALDERSON, K L; EVANS, Ken E. The fabrication of microporous polyethylene having a negative Poisson's ratio. Polymer. 1992, roč. 33, čís. 20, s. 4435–4438. Dostupné online. 
  8. ↑ HERAKOVICH, Carl T. Composite Laminates with Negative Through-the-Thickness Poisson's Ratios. Journal of Composite Materials. 1984, roč. 18, čís. 5, s. 447–455. Dostupné online. 
  9. ↑ CLARKE, J F; DUCKETT, R A; HINE, P J; HUTCHINSON, I J; WARD, I M. Negative Poisson's ratios in angle-ply laminates: theory and experiment. Composites. 1994, roč. 25, čís. 9, s. 863–868. Dostupné online. 
  10. ↑ ZHANG, Ruguang; YEH, Hsien-Liang; YEH, Hsien-Yang. A Discussion of Negative Poisson's Ratio Design for Composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites. 1999, roč. 18, čís. 17, s. 1546–1556. Dostupné online. 
  11. ↑ EVANS, K E; DONOGHUE, J P; ALDERSON, K L. The Design, Matching and Manufacture of Auxetic Carbon Fibre Laminates. Journal of Composite Materials. 2004, roč. 38, čís. 2, s. 95–106. 
  12. ↑ PRALL, D; LAKES, R S. Properties of chiral honeycomb with a Poisson's ratio of -1. International Journal of Mechanical Sciences. 1997, roč. 39, čís. 3, s. 305–314. Dostupné online. 
  13. ↑ a b LIU, Yanping; HU, Hong. A review on auxetic structures and polymeric materials. Scientific Research and Essays. 2010, roč. 5, čís. 10, s. 1052–1063. 
  14. ↑ a b PRAWOTO, Yunan. Seeing auxetic materials from the mechanics point of view: A structural review on the negative Poisson's ratio. Computational Materials Science. 2012, roč. 58, s. 140–153. 
  15. ↑ a b ZHANG, Zhengka; HU, Hong; LIU, Shirui; XU, Binggang. Study of an auxetic structure made of tubes and corrugated sheets. Physica Status Solidi B. 2013, roč. 250, čís. 10, s. 1996–2001. 
  16. ↑ LIU, Yanping; HU, Hong; LAM, Jimmy K C; LIU, Su. Negative Poisson's Ratio Weft-knitted Fabrics. Textile Research Journal. 2010, roč. 80, čís. 9, s. 856–863. Dostupné online. 
  17. ↑ ALDERSON, Kim; ALDERSON, Andrew; ANAND, Subhash; SIMKINS, Virginia; NAZARE, Shonali; RAVIRALA, Naveen. Auxetic warp knit textile structures. Physica Status Solidi B. 2012, roč. 249, čís. 7, s. 1322–1329. 
  18. ↑ MILLER, W; HOOK, P B; SMITH, C W; WANG, X; EVANS, K E. The manufacture and characterisation of a novel, low modulus, negative Poisson's ratio composite. Composites Science and Technology. 2009, roč. 69, čís. 5, s. 651–655. 
  19. ↑ BAUGHMAN, Ray H; SHACKLETTE, Justin M; ZAKHIDOV, Anvar A; STAFSTRÖM, Sven. Negative Poisson's ratios as a common feature of cubic metals. Nature. 1998, roč. 392, čís. 6674, s. 362–365. 
  20. ↑ YEGANEH-HAERI, Amir; WEIDNER, Donald J; PARISE, John B. Elasticity of α-cristobalite: a silicon dioxide with a negative Poisson's ratio. Science. 1992, roč. 257, čís. 5070, s. 650–652. 
  21. ↑ KOSKI, Kristie J; AKHENBLIT, Paul; MCKIERNAN, Keri; YARGER, Jeffery L. Non-invasive determination of the complete elastic moduli of spider silks. Nature Materials. 2013, roč. 12, s. 262–267. 
  22. ↑ POST, Paul-Philipp, et al. Optical measurement of deformation of paper under tensile load. Nordic Pulp and Paper Research Journal. 2012, roč. 27, čís. 2, s. 313–317. Dostupné online. 
  23. ↑ VERMA, Prateek; SHOFNER, Meisha L.; GRIFFIN, Anselm C. Deconstructing the auxetic behavior of paper. Physica Status Solidi B. 2014, roč. 251, čís. 2, s. 289–296. DOI 10.1002/pssb.201384243. 
  24. ↑ GATT, Ruben, et al. Negative Poisson’s ratios in tendons: An unexpected mechanical response. Acta Biomaterialia. 2015, roč. 24, s. 201–208. DOI 10.1016/j.actbio.2015.06.018. 

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

Auxetic structure.gif
Autor: 58appank, Licence: CC0
Example of a structure with negative Poisson's ratio - auxetic structure
Auxetic chiral.gif
Autor: 58appank, Licence: CC0
Chiral structure subjected to tensile displacement along the vertical axis
Auxetic Zhang.gif
Autor: 58appank, Licence: CC0
Auxetic structure loaded in the vertical direction. Structure design according to Zhang et al.: Study of an auxetic structure made of tubes and corrugated sheets, physica status solidi (b), Volume 250, Issue 10, pages 1996–2001, October 2013