Was sind Auxetic Materials?

Auxetika sind Materialien mit einem negativen Poisson-Verhältnis - wenn sie gedehnt werden, werden sie dicker anstatt dünner. Dies ist aufgrund ihrer zugrunde liegenden Struktur möglich. Man könnte sich einen Schaum vorstellen, der aus Millionen von winzigen Zellen in Fliegenform besteht, die miteinander verbunden sind. Wenn jemand an den Seiten des Materials zieht, dehnen sich die Fliegen in Quadrate aus und dehnen sich sowohl in der Querebene als auch in der Ebene parallel zum Dehnungsvorgang aus. Dieses Phänomen wird durch die Makrostruktur oder Mikrostruktur des Materials und nicht durch die chemische Zusammensetzung des Materials selbst verursacht, so dass viele gängige Materialien in auxetische Anordnungen gebracht werden können, obwohl Materialien, die flexibel und dehnbar sind, am besten funktionieren.

Das Konzept von Materialien mit einem negativen Poisson-Verhältnis wurde 1987 erstmals im Science- Magazin von Rod Lakes von der University of Iowa veröffentlicht, der führend auf dem Gebiet der aufkommenden Materialien war. Der Begriff "auxetisch" wurde erst 1991 verwendet, um sich auf diese Materialien zu beziehen. Er wurde vom griechischen Wort auxetikos abgeleitet , was "das, was dazu neigt, zuzunehmen" bedeutet.

Keine natürlichen Beispiele

Hilfsstoffe sind nicht natürlich und es gibt keine bekannten biologischen Beispiele. Die ersten Auxetika waren Schäume mit speziell entwickelten Mikrostrukturen. Abhängig von der Größe der Luftspalte in der Mikrostruktur kann der auxetische Effekt in diesen Materialien mehr oder weniger extrem sein. Die meisten Hilfsschäume dehnen sich vor dem Zerkleinern aufgrund der Streckkraft etwa um den Faktor 30 aus. Mit fortgeschritteneren Auxetika, die auf molekularer Ebene strukturiert sind, könnte eine beeindruckendere Expansion möglich sein.

Anwendungsmöglichkeiten

Vorschläge für die Verwendung von Auxetika waren relativ umfangreich, obwohl ab 2011 tatsächlich nur wenige Implementierungen erstellt wurden. Auxetika, die in kleinen medizinischen Sonden verwendet werden, könnten zur Erweiterung von Blutgefäßen verwendet werden. Diese Materialien dehnen sich so schnell aus, dass sie auch ideale Filter sind, die in der Lage sind, viele Fremdpartikel in ihrer Makrostruktur einzufangen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Filtern können sie bei Nichtgebrauch klein und kompakt bleiben.

Das Einfädeln von Hilfsfasern durch Verbundwerkstoffe könnte zu Festigkeitsverbesserungen führen, wobei die Tendenz, sich unter Streckspannung auszudehnen, dazu beiträgt, die Gesamtstruktur des Verbundwerkstoffs zusammenzuhalten. Dies gilt insbesondere für Verbundwerkstoffe, die aus Materialien bestehen, die dazu neigen, aneinander vorbeizurutschen. Viele andere potenzielle Anwendungen für Auxetika müssen noch entwickelt werden, obwohl die Liste lang ist und in vielen Bereichen vielversprechend ist.