負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)材料是一種在受壓時(shí)表現(xiàn)為橫向收縮，在受拉時(shí)表現(xiàn)為橫向膨脹的有序多孔介質(zhì)系列。獨(dú)作用。特的變形特性賦予了負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)材料諸多優(yōu)異的力學(xué)性能，如高剪切強(qiáng)度慢體驗、高抗壓痕/抗沖擊性能著力增加、高抗斷裂性及能量吸收等。自從Lakes等人首重要組成部分。次報(bào)道負(fù)泊松比聚氨酯泡沫以來流程，眾多研究者都致力于開發(fā)新型負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)材料并尋找其潛在應(yīng)用。內(nèi)凹蜂窩結(jié)構(gòu)是一種典型的二維負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)材料特點，通過內(nèi)凹機(jī)制使材料呈現(xiàn)負(fù)泊松比效應(yīng)深刻變革。然而，由于高孔隙率和諧共生，其剛度遠(yuǎn)低于組成材料的剛度質生產力。通過加入加強(qiáng)桿、制備負(fù)泊松比復(fù)合材料技術交流、設(shè)計(jì)變梯度結(jié)構(gòu)先進的解決方案、引入層次結(jié)構(gòu)等方法可以顯著提高結(jié)構(gòu)材料的剛度。然而創造更多，上述方法大多數(shù)適用于二維的內(nèi)凹蜂窩結(jié)構(gòu)宣講活動，這就意味著其負(fù)泊松比效應(yīng)只能在平面內(nèi)方向出現(xiàn)不斷進步。

相比之下，三維內(nèi)凹結(jié)構(gòu)材料的工程應(yīng)用潛力更大效率，但其剛度和負(fù)泊松比之間仍然存在此消彼長(zhǎng)的問題且二者都與其胞元結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系規模。為滿足日益增長(zhǎng)的實(shí)際工程需求，需要設(shè)計(jì)一種既能保證負(fù)泊松比效應(yīng)又能提升整體剛度的增強(qiáng)型負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)材料講道理，并尋找胞元結(jié)構(gòu)與泊松比和剛度的關(guān)聯(lián)機(jī)制發展目標奮鬥，最終實(shí)現(xiàn)通過結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)泊松比和剛度同時(shí)進(jìn)行調(diào)控的目標(biāo)。

近日更多的合作機會，中國(guó)工程物理研究院唐昶宇研究員團(tuán)隊(duì)和西南交通大學(xué)許陽光副教授團(tuán)隊(duì)共同設(shè)計(jì)了一種新型的三維內(nèi)凹負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)材料并對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)與等效彈性模量（與剛度相關(guān)）和泊松比的關(guān)聯(lián)機(jī)理開展了系統(tǒng)的研究延伸。通過在典型的三維內(nèi)凹結(jié)構(gòu)（圖1a）上添加箭頭結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)目的（圖1b和圖1c），利用微尺度3D打印機(jī)（nanoArch P150服務好，摩方精密）制備了增強(qiáng)型結(jié)構(gòu)樣品（圖1d）新趨勢。結(jié)合實(shí)驗(yàn)和有限元模擬發(fā)現(xiàn)，三維增強(qiáng)型內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的等效彈性模量和負(fù)泊松比可以通過不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)（即厚度比h發展邏輯、斜桿長(zhǎng)度比a凝聚力量、豎桿長(zhǎng)度比b和重入單元的角度q）進(jìn)行調(diào)整。例如聽得進，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)新的力量，增強(qiáng)型內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的等效彈性模量比典型內(nèi)凹結(jié)構(gòu)提高12.32倍，而二者的泊松比均為-0.28便利性。

此外深刻認識，研究團(tuán)隊(duì)還探究了相對(duì)密度與等效彈性模量比共同學習、泊松比的關(guān)系,如圖2所示。等效彈性模量比>1深入，表明增強(qiáng)型內(nèi)凹結(jié)構(gòu)在相同相對(duì)密度下有更高的剛度效高。此外，在相同的相對(duì)密度下基礎，增強(qiáng)型內(nèi)凹結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)保持幾乎不變的泊松比但顯著提高材料的剛度性能，如圖2(b)所示。添加的箭頭結(jié)構(gòu)與內(nèi)凹結(jié)構(gòu)之間形成了一種雙箭頭結(jié)構(gòu)對外開放，形成的雙箭頭結(jié)構(gòu)進(jìn)一步促使了新結(jié)構(gòu)在受壓時(shí)產(chǎn)生收縮技術創新。因此該增強(qiáng)型內(nèi)凹結(jié)構(gòu)能在幾乎不變的泊松比下有更高的剛度。圖3中的位移云圖也表明增強(qiáng)型內(nèi)凹結(jié)構(gòu)具有負(fù)泊松比效應(yīng)資料。

總的來講，該工作通過獨(dú)哪些領域。特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)敢於挑戰，實(shí)現(xiàn)了在幾乎不犧牲負(fù)泊松比效應(yīng)的前提下顯著提高材料的剛度，為進(jìn)一步拓寬負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用范圍提供了一種有效的解決方案積極，也對(duì)這類結(jié)構(gòu)超材料性能導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)逆向設(shè)計(jì)進(jìn)行了有益探索探索。上述研究成果以題為“A 3D Re-entrant Structural Metamaterial with Negative Poisson’s Ratio Reinforced by Adding Arrow Structures”發(fā)表在《Smart Materials and Structures》期刊上。論文第一作者為中國(guó)工程物理研究院和西南交通大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的碩士研究生王杰產業，通訊作者為中國(guó)工程物理研究院的唐昶宇研究員和西南交通大學(xué)的許陽光副教授，中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所的碩士研究生吳宗澤和浙江大學(xué)的肖銳研究員在研究工作的開展和論文撰寫過程中提供了重要幫助情況較常見。