Las auxiliares son estructuras o materiales que tienen una relación de Poisson negativa . Cuando se estiran, se vuelven más gruesas perpendiculares a la fuerza aplicada. Esto ocurre debido a su particular estructura interna y la forma en que se deforma cuando la muestra se carga uniaxialmente. Los auxiliares pueden ser moléculas individuales , cristales o una estructura particular de materia macroscópica. [1] [2]
Se espera que dichos materiales y estructuras tengan propiedades mecánicas tales como alta absorción de energía y resistencia a la fractura . Los auxiliares pueden ser útiles en aplicaciones tales como chalecos antibalas , [3] material de embalaje, rodilleras y coderas, material robusto que absorbe los golpes y trapeadores de esponja.
Historia
El término auxético deriva de la palabra griega auxetikos ( αὐξητικός ) que significa 'aquello que tiende a aumentar' y tiene su raíz en la palabra auxesis ( αὔξησις ), que significa 'aumento' (sustantivo). Esta terminología fue acuñada por el profesor Ken Evans de la Universidad de Exeter . [4] [2] Uno de los primeros materiales auxéticos producidos artificialmente, la estructura RFS (estructura plegada en forma de diamante), fue inventada en 1978 por el investigador de Berlín K. Pietsch. Aunque no utilizó el término auxética, describe por primera vez el mecanismo de palanca subyacente y su reacción mecánica no lineal, por lo que se considera el inventor de la red auxética. El primer ejemplo publicado de un material con constante de Poisson negativa se debe a AG Kolpakov en 1985, "Determinación de las características medias de estructuras elásticas"; el siguiente material auxético sintético fue descrito en Science en 1987, titulado " Estructuras de espuma con una relación de Poisson negativa" [1] por RS Lakes de la Universidad de Wisconsin Madison . El uso de la palabra auxética para referirse a esta propiedad probablemente comenzó en 1991. [5]
En 1985 se publicaron diseños de compuestos con celda de periodicidad hexagonal invertida (hexágono auxético), que poseían relaciones de Poisson negativas. [6]
Propiedades
Por lo general, los materiales auxéticos tienen baja densidad , que es lo que permite que las áreas en forma de bisagra de las microestructuras auxéticas se flexionen. [7]
A macroescala, el comportamiento auxético se puede ilustrar con una cuerda inelástica enrollada alrededor de una cuerda elástica. Cuando se separan los extremos de la estructura, la cuerda inelástica se endereza mientras que la cuerda elástica se estira y se enrolla alrededor de ella, aumentando el volumen efectivo de la estructura. El comportamiento auxético a macroescala también se puede emplear para el desarrollo de productos con características mejoradas, como el calzado basado en las estructuras de triángulos giratorios auxéticos desarrolladas por Grima y Evans. [8] [9] [10]
Ejemplos de
Ejemplos de materiales auxéticos incluyen:
- Auxético de poliuretano de espuma [11] [12]
- α-cristobalita . [13]
- Los polímeros de cristal líquido con varillas transversales giratorias podrían ser potencialmente auxéticos. Los esfuerzos experimentales para producir materiales auxéticos a escala molecular (y también en el sentido macroscópico) rara vez han tenido éxito hasta ahora. [14]
- Materiales cristalinos: Li, Na, K, Cu, Rb, Ag, Fe, Ni, Co, Cs, Au, Be, Ca, Zn, Sr, Sb, MoS, BAsOy otra. [15] [16] [17]
- Determinadas rocas y minerales [18]
- Grafeno , que se puede convertir en auxético mediante la introducción de defectos de vacantes [19] [20]
- Fases de carbono tipo diamante [21]
- Nanotubos sin carbono [22] [23]
- Tejido óseo vivo (aunque solo se sospecha) [18]
- Tendones dentro de su rango normal de movimiento. [24]
- Variantes específicas de polímeros de politetrafluoretileno como Gore-Tex [25]
- Papel, varios tipos. Si un papel se estira en una dirección en el plano, se expandirá en su dirección de grosor debido a su estructura de red. [26] [27]
- Varios tipos de pliegues de origami como la estructura de plegado de diamante (RFS), la estructura de plegado en espiga (FFS) o el pliegue de miura , [28] [29] y otros patrones periódicos derivados de ella. [30] [31]
- Estructuras a medida diseñadas para exhibir proporciones de Poisson diseñadas especialmente. [33] [34] [35] [36] [37] [38]
- Cadena de moléculas orgánicas. Investigaciones recientes revelaron que los cristales orgánicos como las n- parafinas y similares a ellos pueden demostrar un comportamiento auxético. [39]
- Tejidos no tejidos perforados con aguja procesados. Debido a la estructura de red de tales telas, un protocolo de procesamiento que utilice calor y presión puede convertir telas no tejidas ordinarias (no auxéticas) en auxéticas. [40] [41]
- El corcho tiene una relación de Poisson casi nula. Esto lo convierte en un buen material para sellar botellas de vino.
Ver también
- Metamaterial acústico
- Metamaterial mecánico
- Metamaterial
- Paralelogon
- Zetix , un tipo de material auxético fabricado comercialmente
Referencias
- ↑ a b Lakes, RS (27 de febrero de 1987), "Estructuras de espuma con una relación de Poisson negativa", Science , 235 (4792): 1038–40, Bibcode : 1987Sci ... 235.1038L , doi : 10.1126 / science.235.4792. 1038 , PMID 17782252 , S2CID 21386778 .
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enlaces externos
- Materiales con relación de Poisson negativa
- Espuma auxética en youtube
- Información general sobre materiales auxiliares