Учёные объяснили расширение при растяжении

Новую модель странного поведения ауксетиков (auxetics), материалов, "распухающих" при растяжении, придумали математики университета Мальты (University of Malta).

Считается, что первым необычные материалы описал Вольдемар Фойгт (Woldemar Voigt). Было это лет сто назад. Правда, тогда к физику никто не прислушался, а находить ауксетики начали лишь в 80-х годах прошлого века. На картинке продемонстрировано различие между обычным материалом (слева) и ауксетиком (иллюстрация University of Malta).

Привычная для обычного человека картина — резиновая лента становится тоньше, если растянуть её за концы — нарушается в случае с ауксетиками. Они ведут себя прямо противоположным образом, а именно, становятся толще. Таких "неправильных" материалов обнаружено немало, однако учёные до сих пор не смогли найти универсальное объяснение их природе.

Математическую модель происходящего построил профессор Джозеф Грима (Joseph Grima). В качестве базового материала он выбрал воображаемый композитный ауксетик, в основе структуры которого лежат прямоугольники и/или квадраты. Когда материал растягивают, твёрдые составляющие разворачиваются относительно другу друга, образуя нагромождение, похожее на стенку из детских кубиков. В результате плотность материала уменьшается, а толщина увеличивается.

Мальтийские учёные утверждают, что их модель может предсказать наличие ауксетических свойств у любого материала (иллюстрация Joseph Grima).

Подробные расчёты приведены в статье в журнале Proceedings of the Royal Society A. Анимацию можно посмотреть здесь.

Мы как-то рассказывали о том, как подобное поведение было обнаружено в нанопластинках, состоящих из однослойных и многослойных углеродных нанотрубок. А ещё об антибомбовых шторах – своеобразном макроскопическом ауксетике. В обоих случаях были предложены свои модели перестроений, происходящих внутри материала.

Одно из возможных применений ауксетиков: повязка, самостоятельно "решающая", когда выпускать лекарство (иллюстрация University of Malta).

Грима, химик и математик в одном лице, а также его коллеги считают, что их обобщённая модель понадобится для точного предсказания поведения ауксетиков. Что в свою очередь могло бы пригодиться при создании из такого материала каких-либо предметов или конструкций.