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新材料拥有反直觉特性

2017-05-03 14:15:43 来源:中国科学报

  在不远的未来,或许能够3D打印出所有东西。想一想标准的打印机,它能够仅通过3种颜色的墨盒“合成”成千上万的颜色。与此类似,未来的3D打印将能够用技术材料墨盒合成数以千万计的拥有不同特性的材料。

  这一概念激发德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)和法国国家科学研究中心的一个研究团队探索一种叫作有效静态压缩的力学特性。正如他们近日在美国物理学会旗下《应用物理学快报》上发表的文章所指出的,通过使用一种墨盒,就能够打印出可以在流体静态力学压力下扩大的超材料。在原理上,这种材料有效压缩性可承受的负值没有限度。

  “我们的两相介质三维超材料是一种人造的混合材料,拥有自然界材料所没有的特性,能够在周围气体或液体静态力学压力增加的情况下有效扩张。”KIT应用物理学研究所和纳米技术研究所博士生与研究人员Jingyuan Qu说,“对于大多数材料而言,这种行为正好相反。乍看上去,负压缩性甚至违反了物理学的基本定律。”

  该团队的超材料结构的设计核心是一种中空的三维交叉结构,其每个末端有一个圆形的薄膜。

  “就像一面鼓一样,如果外部压力大于结构内的压力,这些膜就会向内包裹。”Qu说,“通过用条状物把这些膜恰当地联系在一起,将8个类似的三维结构放置在1个单元细胞中,就可能得到1个各向同性的有效容积,并随着压力增大而增加,即形成一种负效应压缩性。”

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