具(ju)有(you)負泊松比與(yu)負膨(peng)脹系數的(de)新型(xing)雙(shuang)負超(chao)材(cai)料(liao)

負泊松比材(cai)料(liao)在(zai)受到(dao)壓縮載荷(he)時(shi)橫向收(shou)縮，負熱(re)膨(peng)脹系數材料(liao)在(zai)受熱(re)時(shi)發生(sheng)收(shou)縮現象。而(er)負泊松比和(he)負熱(re)膨(peng)脹系數相結合的(de)新型(xing)超(chao)材(cai)料(liao)為(wei)材料(liao)的(de)特(te)殊(shu)需(xu)求(qiu)提供了進(jin)壹步的(de)可能(neng)性(xing)。

香港城(cheng)市(shi)大學(xue)深圳(zhen)研(yan)究院(yuan)介(jie)紹了壹(yi)種(zhong)具(ju)有負泊松比與(yu)負熱(re)膨(peng)脹系數的(de)雙(shuang)負超(chao)材(cai)料(liao)（Extreme Mechanics Letters, 2019）。這(zhe)種(zhong)新型(xing)超(chao)材(cai)料(liao)基於(yu)傳統的(de)星型(xing)內凹結構。為(wei)了提(ti)高該(gai)結構的(de)負泊松比，研(yan)究者(zhe)分別(bie)在結(jie)構和(he)排(pai)列(lie)方式上進行(xing)了創(chuang)新。這(zhe)種(zhong)結(jie)構和(he)排(pai)列(lie)上的(de)創新使得(de)超(chao)材(cai)料(liao)在(zai)受到(dao)外界(jie)力(li)/位移載(zai)荷(he)時(shi)呈現出內凹變(bian)形機制(zhi)，從而(er)表現出負泊松比。

圖(tu)1(a), (b)新構型(xing)超(chao)材(cai)料(liao)的(de)結構以(yi)及(ji)(c), (d)兩種(zhong)不同的(de)排列(lie)方式。

為(wei)了得(de)到(dao)負熱(re)膨(peng)脹系數，在壹個結(jie)構中(zhong)引入了兩種(zhong)熱(re)膨脹系數不同的(de)材料(liao)（圖(tu)1a）。藍(lan)色(se)的(de)桿的(de)熱膨(peng)脹系數較小，而(er)紅(hong)色(se)的(de)桿熱膨脹系數較大。研(yan)究者(zhe)用(yong)大量(liang)的(de)數值(zhi)模擬對新構型(xing)超(chao)材(cai)料(liao)的(de)負熱(re)膨(peng)脹系數進行(xing)了驗(yan)證(zheng)。在加(jia)熱(re)時(shi)紅(hong)色(se)的(de)桿因為(wei)需要伸(shen)長(chang)的(de)更(geng)多而(er)使得(de)垂(chui)直(zhi)方向藍(lan)色(se)的(de)桿發生彎曲(qu)，從而(er)減小(xiao)了整(zheng)個結(jie)構所(suo)占有(you)的(de)空間(jian)，表現出負的(de)熱膨(peng)脹系數（圖2）。

圖2新構型(xing)超(chao)材(cai)料(liao)受熱(re)變(bian)形圖。

為(wei)了驗(yan)證(zheng)該超(chao)材(cai)料(liao)的(de)負泊松比行(xing)為(wei)，研(yan)究者(zhe)們采用(yong)摩方P130 打印(yin)機對(dui)材(cai)料(liao)進(jin)行(xing)了制(zhi)備。並(bing)用(yong)試驗(yan)和(he)數值(zhi)仿(fang)真相結合(he)的(de)方法(fa)對(dui)其(qi)負泊松比行(xing)為(wei)進行(xing)了驗(yan)證(zheng)，兩者(zhe)吻合(he)的(de)較好(hao)。由於材料(liao)打(da)印(yin)的(de)尺寸(cun)在微米級別(bie)，這(zhe)也(ye)為(wei)材料(liao)在(zai)聲(sheng)學(xue)、光(guang)學(xue)等方面的(de)應用(yong)提供了可能(neng)性(xing)。

圖3新構型(xing)超(chao)材(cai)料(liao)電鏡(jing)觀(guan)測圖(tu)以及(ji)受力(li)變(bian)形圖。

該(gai)研(yan)究工(gong)作發(fa)表(biao)於(yu)Extreme Mechanics Letters，香港城(cheng)市(shi)大學(xue)深圳(zhen)研(yan)究院(yuan)陸(lu)洋老(lao)師(shi)為(wei)通訊作者(zhe)。

摩方nanoArch® P130打印(yin)的(de)輕質(zhi)高(gao)強(qiang)結構材(cai)料(liao)，最(zui)小桿徑8 μm。

深圳(zhen)摩方材料(liao)科(ke)技(ji)有(you)限公司持續助(zhu)力(li)香港城(cheng)市(shi)大學(xue)深圳(zhen)研(yan)究院(yuan)在(zai)超(chao)材(cai)料(liao)領(ling)域(yu)的(de)研(yan)究及(ji)應用(yong)，其自(zi)主研(yan)發的(de)nanoArch® P130 3D打印(yin)機精(jing)度(du)高達2微米。除上(shang)述研(yan)究工(gong)作中(zhong)的(de)超(chao)材(cai)料(liao)應(ying)用(yong)外，另壹(yi)重要的(de)應用(yong)是輕(qing)質高(gao)強力(li)學(xue)超(chao)材(cai)料(liao)，具(ju)有(you)超(chao)輕(qing)質量(liang)和(he)超(chao)高(gao)強度(du)。其優(you)異(yi)的(de)力(li)學(xue)性能(neng)得(de)益於其(qi)中(zhong)的(de)微晶(jing)格結構，如(ru)上(shang)圖所(suo)示，這(zhe)些微晶(jing)格結構非(fei)常(chang)復(fu)雜(za)，使用(yong)傳統的(de)二(er)維(wei)制(zhi)造技(ji)術(shu)無法(fa)加(jia)工(gong)制(zhi)作，而(er)摩方的(de)微尺度(du)3D打印(yin)技(ji)術(shu)則(ze)可以(yi)快(kuai)速高(gao)效加(jia)工(gong)出這(zhe)種(zhong)復(fu)雜(za)三(san)維微結構，且(qie)具(ju)有*的(de)打印(yin)分(fen)辨率(lv)（圖中(zhong)微點陣結(jie)構，最(zui)小桿徑8 μm）。

BMF nanoArch® P130打印(yin)系(xi)統