我系陈朗教授课题组综述在《Advanced Materials》发表

2016-08-27

  近日,我系陈朗课题组发表题为《Negative Poisson’s ratio in modern functional materials》的综述在国际著名学术期刊《Advanced Materials》(影响因子18.96)在线发布。该综述系统地总结了负泊松比材料的最新进展,分析了应变、微观结构等调控材料泊松比的方法。最后阐述了各种功能材料中多种负系数特性(负泊松比,负热膨胀以及负压缩性)以及它们之间可能的共存现象,并提出了负泊松比材料的潜在研究方向和调控泊松比的新方法。

  作为基本的弹性变量,泊松比(Poisson's ratio)定义为在垂直与加载方向与加载方向之间的形变量比值。它表征了材料在载荷作用下发生形状畸变或者体积变形之间的竞争,为衡量材料受力下的弹性形变提供了最基本的度量标准,并在材料和力学等领域得到广泛的应用。

    自从200多年前法国科学家泊松最先提出和指出这个概念以来,泊松比作为力学领域的基础参数之一,一直是衡量材料形变的一项重要指标。同时泊松比与材料的其他力学性能密切关联,比如杨氏模量和体积模量。所以泊松比数值(大小)直接影响材料的力学相关性能。但日常生活和实验结果表明自然界中绝大部分材料表现出正泊松比(0~0.5)。近年,负泊松比(是指材料在拉伸时其侧面会反常地膨胀,或者被压缩使该材料膨胀 Negative Poisson's ratio (NPR)),也开始广受关注,成为负系数材料的重要一支。相对于传统具有正泊松比的材料,负泊松比材料能大大强化力学性能:能增强材料的剪切模量、增加平面应变断裂韧性、增大压痕阻力、甚至损失后可以自修补等等。基于这些优异的性能,负泊松比材料在功能材料中扮演重要的角色,在航空、军事、机械材料、传感器等行业具有广泛应用的一个领域。

  最近南方科技大学物理系陈朗教授和深圳大学材料学院黄传威博士合作,综述了负泊松比材料的研究进展,包括负泊松比材料理论研究、天然和人工制备,特别是当前各类热门材料(包括生物材料,有机大分子材料,3-D打印材料,金属有机骨架材料和碳纳米管、黑磷以及诸多电子氧化物外延薄膜等低维材料)的负泊松比现象。分析了负泊松比材料所具备的几何/内在晶体结构,确定材料结构-负泊松比特性之间的关系。探索泊松比随材料结构和外界环境(温度和压强)的可变性,通过比较各类调控方式,寻找负泊松比材料,并对未来负泊松比材料的力学性能研究及应用进行了展望。

  通过回顾这些工作,作者强调了材料泊松比随结构/外场的可变性,尽管这是探索负泊松比的最有效手段之一,而这点往往被大家忽略(通常认为某类材料的泊松比是常数)。我们相信,可调控的负泊松比现象将会为新材料的研究打开了一扇窗户,并为基于负泊松比的力学相关材料提供新的思路和发展。相关论文在线发表在Advanced Materials (DOI:10.1002/adma.201601363)上,并将获得Materials Review in China的独家报道。

  陈朗教授加入南科大以来,其课题组已经发表包括Nature communications在内的多篇一流期刊论文。相关科研工作得到了科技部专项,国家自然科学基金,南方科技大学,深圳市科创委基础研究项目以及南山区科技局的支持。


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