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多孔材料設計是一種創造新型輕量化、吸能材料和超材料的合理方法。多孔超材料是一種在天然物質中找不到類似屬性的材料，該材料的性質與其結構密切相關。具有負泊松比(NPR)的超材料是拉脹材料，這種超材料在遭受到縱向拉伸或壓縮載荷時可以橫向膨脹或者收縮。
鑑於它們有獨特的特性，多孔拉脹材料已被應用於生物醫學裝置、運動裝置、能量吸收系統、感測器和執行器等領域。
已知多種多孔拉脹材料都具有負泊松比的性質，但是，那些對負泊松比和剛度都有要求的應用領域對於這些低剛度的結構來說仍是一個挑戰。為了提升多孔拉脹材料的比剛度，採用了又輕又硬的材料，如纖維增強複合材料和3D列印連續纖維複合材料。此外，研究人員還對結構進行了拓撲修改，以增強拉脹材料的效能。總的來說，透過大幅度改變結構，拉脹多孔材料的低剛度和強各向異性的問題已經被克服了。
近日，伊斯法罕理工大學的Reza Jafari Nedoushan（第一作者兼通訊作者），首爾國立大學的Woong-Ryeol Yu（通訊作者）及其團隊，在《Composite Structures》上發表了題為“Novel triangular auxetic honeycombs with enhanced stiffness”的文章，文中基於反四手性構型提出了一種新型三角形拉脹蜂窩，首先，作者採用3D列印技術製備了樣品；其次，對樣品進行了拉伸實驗，並將三角形拉脹蜂窩結構的變形行為與有限元模擬預測進行了比較，結果表明該結構具有負泊松比和高剛度的特性，且比剛度值達到了0.12；最後，基於有限元模擬得到的結果，該新型三角蜂窩可以在兩個正交方向上具有相同的行為，同時保持高剛度和負泊松比的特性。
圖 1 基於反四手性構型提出的全三角形拉脹結構
圖 2 三角形拉脹結構組成
圖 3 三角形拉脹結構在3%拉伸應變前後的比較
圖 4 模擬預測的三角形拉脹結構的泊松比和比剛度隨角度的變化趨勢
圖 5 模擬預測的三角形拉脹結構的比剛度隨厚度比的變化趨勢
在該研究中，作者受反手性結構的啟發，開發了一種三角形拉脹蜂窩結構以克服以往拉脹結構的低剛度、低強度和強各向異性等缺點。透過實驗和數值方法對該結構的缺陷進行了評價，同時證明了該結構的泊松比可以透過改變幾何引數來調整。基於有限元模擬結果， 揭示了獲得不同泊松比結構的機理，並因此設計出了一種具有縱向和橫向相同行為的新型三角形拉脹結構。新型三角形拉脹結構可以定製不同的泊松比，範圍從-0.5 到正值 ，同時還能使結構保持良好的剛度，其中比剛度在縱向和橫向方向上均大於 0.1。
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原始文獻：Reza Jafari Nedoushan , Yongsan An , Woong-Ryeol Yu，et al.Novel triangular auxetic honeycombs with enhanced stiffness[J].Composite Structures，2021，277：114605.
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