Materiales que tienen un coeficiente de Poisson negativo
Los metamateriales auxéticos son un tipo de metamaterial con un coeficiente de Poisson negativo , de modo que el alargamiento axial provoca un alargamiento transversal (a diferencia de un material ordinario, donde el estiramiento en una dirección provoca compresión en la otra dirección).
Los auxéticos pueden ser moléculas individuales , cristales o una estructura particular de materia macroscópica. [1] [2]
Los materiales auxéticos se utilizan en equipos de protección como chalecos antibalas, cascos y rodilleras, ya que absorben la energía de forma más eficaz que los materiales tradicionales. [3] [4] También se utilizan en dispositivos como stents médicos o implantes. Los tejidos auxéticos se pueden utilizar para crear ropa cómoda y flexible, así como tejidos técnicos para aplicaciones como equipos aeroespaciales y deportivos. [5] Los materiales auxéticos también se pueden utilizar para crear metamateriales acústicos para controlar el sonido y la vibración. [6]
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 . [7] [2]
Uno de los primeros materiales auxéticos producidos artificialmente, la estructura RFS (estructura de pliegue de diamante), fue inventada en 1978 por el investigador berlinés K. Pietsch. Aunque no utilizó el término auxético, describe por primera vez el mecanismo de palanca subyacente y su reacción mecánica no lineal, por lo que se le 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 promedio de los marcos elásticos"; El siguiente material auxético sintético fue descrito en Science en 1987, titulado " Estructuras de espuma con un coeficiente de Poisson negativo" [1] por RS Lakes de la Universidad de Wisconsin Madison . El uso de la palabra auxético para referirse a esta propiedad probablemente comenzó en 1991. [8] Recientemente, se ha demostrado que las células muestran una versión biológica de la auxeticidad en determinadas condiciones. [9]
En 1985 se publicaron diseños de compuestos con celdas de periodicidad hexagonal invertida (hexágono auxético), que poseen coeficientes de Poisson negativos. [10]
Por estas razones, poco a poco, muchos investigadores se han interesado por las propiedades únicas de la auxética. Este fenómeno es visible en el número de publicaciones (motor de búsqueda Scopus), como se muestra en la siguiente figura. En 1991, solo había una publicación. Sin embargo, en 2016, se publicaron alrededor de 165 publicaciones, por lo que el número de publicaciones se ha disparado (un aumento de 165 veces en solo 25 años), lo que demuestra claramente que el tema de la auxética está atrayendo una atención considerable. [11] Sin embargo, aunque las auxéticas son estructuras prometedoras y tienen un gran potencial en la ciencia y la ingeniería, su aplicación generalizada en múltiples campos sigue siendo un desafío. Por lo tanto, se requiere investigación adicional relacionada con la auxética para aplicaciones generalizadas.
Propiedades
Normalmente, los materiales auxéticos tienen baja densidad , lo que permite que las áreas tipo bisagra de las microestructuras auxéticas se flexionen. [12]
A escala macroscópica, 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 escala macroscópica también se puede emplear para el desarrollo de productos con características mejoradas, como calzado basado en las estructuras de triángulos giratorios auxéticos desarrolladas por Grima y Evans [13] [14] [15] y pies protésicos con propiedades articulares similares a las de los dedos del pie. [16]
Los materiales auxéticos también se producen de forma orgánica, aunque son estructuralmente diferentes de los metamateriales artificiales. Por ejemplo, los núcleos de células madre embrionarias de ratón en un estado de transición muestran un comportamiento auxético. [17]
Ejemplos
Algunos ejemplos de materiales auxéticos incluyen:
Existen 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 , [33] [34] y otros patrones periódicos derivados de ella. [35] [36]
Estructuras a medida diseñadas para exhibir coeficientes de Poisson especialmente diseñados. [38] [39] [40] [41] [42] [43]
Moléculas orgánicas en cadena. Investigaciones recientes han revelado que los cristales orgánicos como las n- parafinas y similares pueden mostrar un comportamiento auxético. [44]
Zetix , un tipo de material auxético fabricado comercialmente
Referencias
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