X滑移型负泊松比结构设计及特性分析

范启东，黄 斌，姚子辉，钟俊炜

（佛山科学技术学院机电工程与自动化学院 广东 佛山 528225）

1 引言

负泊松比材料由于具有不同于普通材料的物理性能，在超材料中扮演重要角色，对航空航天、半导体器件、光学元件、精密仪器以及建筑材料等领域发展具有重大意义[1]。经典弹性理论已经提出了负泊松比材料存在的可能性[2]，而且早期研究也发现某些天然材料存在负泊松比特性，Love[3]在1944年首次证明了黄铁矿晶体存在负泊松比特性。Baughman等[4]发现负泊松比特性是许多立方体结构金属的共同特征，而Keskar等[5]和Wang等[6]分别发现α方晶石和二维结构的δ磷也具备负泊松比特性。另外，在生物组织上，松质骨骼[7]、猫皮肤[8]、奶牛乳头皮肤[9]等都存在负泊松比特性。除了生物组织以外，细胞也同样存在负泊松比行为，如红细胞的细胞骨架[10]。利用体细胞负泊松比特性，Yan[11]制造了用于预测多能干细胞神经元细胞分化的各种负泊松比聚氨酯支架模型。

目前，大多数负泊松比材料是通过人工设计制造，其主要实现方式是利用材料内部结构变形以实现材料的负泊松比特性，典型的变形机理可以分为内凹结构、旋转刚体结构、手性/反手性结构、纤维/节点结构、折纸结构、褶皱结构、屈服-诱导结构以及其他结构等[12]。从本质而言，人工负泊松比结构是利用胞元内部的空隙隐藏体积，在特定的条件下释放，形成负泊松比。大多数人工负泊松比结构材料的实现方式是采用类似于铰链结构，利用材料转动变形产生负泊松比特性。……