4 серпня 2010

Зображення вище: Розтягнуті стають товстішими. Нова модель показує, як розширюються ауксетики (auxetic materials) в умовах стресу.

Уявіть собі, гумове кільце, яке стає товстішим при розтягуванні і тоншим у вільному стані. Такі матеріали, які називаються ауксетиками насправді існують, але вчені ще не повністю зрозуміли, як вони працюють. Нова математична модель може допомогти. Дослідники кажуть, що модель точно передбачає властивості цих матеріалів, що відкриває шлях для низки застосовувань, включаючи бинти, які виділяють ліки, коли рана набрякає і сейсмостійкі будівельні конструкції.

Німецький фізик Вольдемар Фойгт перший виявив aуксетику кристалів сульфіду заліза (також відомого як пірит) майже сто років тому. Його дослідження свідчать про те, що кристали чомусь розширюються при розтягуванні. Фойгт не міг пояснити цю дивну поведінку і в той час не існувало ніяких практичних застосувань цього явища, тому протягом десятиліть дослідники ігнорували його роботу.

Учені стали цікавитись ауксетиками знову в 1980-х роках. Дослідники почали синтезувати матеріали, які мали властивості ауксетиків, такі як пористий полімер піни, який стає товстішим, коли його розтягують, і вони хотіли дізнатися, як можна використовувати це явище. Вони придумали такі використання, як сантехнічні пломби, які стискаються коли їх вставляють в отвір або шліц, але які не можна витягнути – чим більше їх тягнути, тим більше вони будуть розширюватися. Ауксетики також добре поглинають звуки, вібрації та удари, що робить їх добрими кандидатами у використанні для ізоляції, амортизаторів, і бамперів автомобілів.

У статті, опублікованій онлайн 4 серпня в Proceedings of the Royal Society A, вчені з Університету Мальти опублікували універсальну математичну модель поведінки ауксетиків. Модель, нарешті, ілюструє, що відбувається, коли ауксетик розтягується, говорить математик, хімік, і співавтор статті Джозеф Гріма. Вона заснована на одному композитному типі ауксетиків, структура яких представляє собою масив пов'язаних прямокутників і квадратів (див. ілюстрацію). Модель показує, що при розтягуванні матеріалу, прямокутники - названі жорсткими, ротаційними субодиницями – обертаються відносно один одного (дивиться анімацію), зменшуючи щільність матеріалу, але збільшуючи його товщину. Гріма пояснює, що ця модель може передбачати потенціал будь-якого ауксетика.