負泊松比材料在受到壓縮載荷時(shí)橫向收縮，負熱膨脹系數材料在受熱時(shí)發(fā)生收縮現象。而負泊松比和負熱膨脹系數相結合的新型超材料為材料的特殊需求提供了進(jìn)一步的可能性。

香港城市大學(xué)深圳研究院介紹了一種具有負泊松比與負熱膨脹系數的雙負超材料（Extreme Mechanics Letters, 2019）。這種新型超材料基于傳統的星型內凹結構。為了提高該結構的負泊松比，研究者分別在結構和排列方式上進(jìn)行了創(chuàng )新。這種結構和排列上的創(chuàng )新使得超材料在受到外界力/位移載荷時(shí)呈現出內凹變形機制，從而表現出負泊松比。

圖1(a), (b)新構型超材料的結構以及(c), (d)兩種不同的排列方式。

為了得到負熱膨脹系數，在一個(gè)結構中引入了兩種熱膨脹系數不同的材料（圖1a）。藍色的桿的熱膨脹系數較小，而紅色的桿熱膨脹系數較大。研究者用大量的數值模擬對新構型超材料的負熱膨脹系數進(jìn)行了驗證。在加熱時(shí)紅色的桿因為需要伸長(cháng)的更多而使得垂直方向藍色的桿發(fā)生彎曲，從而減小了整個(gè)結構所占有的空間，表現出負的熱膨脹系數（圖2）。

圖2新構型超材料受熱變形圖。

為了驗證該超材料的負泊松比行為，研究者們采用摩方P130 打印機對材料進(jìn)行了制備。并用試驗和數值仿真相結合的方法對其負泊松比行為進(jìn)行了驗證，兩者吻合的較好。由于材料打印的尺寸在微米級別，這也為材料在聲學(xué)、光學(xué)等方面的應用提供了可能性。

圖3新構型超材料電鏡觀(guān)測圖以及受力變形圖。

該研究工作發(fā)表于Extreme Mechanics Letters，香港城市大學(xué)深圳研究院陸洋老師為通訊作者。

摩方nanoArch® P130打印的輕質(zhì)高強結構材料，最小桿徑8 μm。

深圳摩方材料科技有限公司持續助力香港城市大學(xué)深圳研究院在超材料領(lǐng)域的研究及應用，其自主研發(fā)的nanoArch® P130 3D打印機精度高達2微米。除上述研究工作中的超材料應用外，另一重要的應用是輕質(zhì)高強力學(xué)超材料，具有超輕質(zhì)量和超高強度。其優(yōu)異的力學(xué)性能得益于其中的微晶格結構，如上圖所示，這些微晶格結構非常復雜，使用傳統的二維制造技術(shù)無(wú)法加工制作，而摩方的微尺度3D打印技術(shù)則可以快速高效加工出這種復雜三維微結構，且具有*的打印分辨率（圖中微點(diǎn)陣結構，最小桿徑8 μm）。

BMF nanoArch® P130打印系統