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北航|基於天然多孔材料的雙梯度結構設計負帕松比超材料

2024-03-08科學

以下文章來源於中國科學材料

負帕松比超材料由於其優異的力學效能,包括優異的抗剪下效能、抗沖擊效能、抗斷裂效能、吸能隔振等,在個體防護和抗沖擊、減振吸能等領域有著重要的套用價值,從而引起了科學家和工程師們極大的研究興趣。大多數傳統的負帕松比超材料通常基於單元胞體的拓撲結構設計,這類超材料通常不可避免地面臨著由其復雜拓撲結構,特別是內凹多邊形結構,所帶來的設計、制備難題。迄今為止,盡管許多研究人員致力於開發新的負帕松比超結構和材料,但很少有研究能明確指出負帕松比超材料的設計指南或工作流程,更多的研究是基於研究人員的設計靈感和對特定胞元結構的電腦輔助最佳化。 近日,北京航空航天大學劉明傑教授等人在Science China Materials發表概念論文,提出了一種受自然啟發的負帕松比超材料設計策略,利用天然多孔材料所具有的獨特雙梯度結構,例如以松質骨和向日葵莖髓心作為生物模型,透過在多孔結構中引入雙梯度變化即可得到負帕松比效應,從而制備負帕松比超材料。

這種受自然啟發的負帕松比超材料設計思路具有一定的普適性,可以擴充套件到具有常見凸多邊形胞元的多孔結構中,基本胞元結構並不局限於特定的內凹多邊形等常見的用來構造負帕松比超材料的結構和形狀。

文章資訊

Xu Y., Shi W., Liu M. Dual-gradient structure of natural cellular materials for the design of auxetic metamaterials. Sci. China Mater. (2023). https://doi.org/10.1007/s40843-023-2509-8

文章來源:中國科學材料

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