补牙党的福音：这种星形结构能延长牙齿填充料的使用寿命！ | Phys.Rev.Lett. 论文推荐

科学家首次创造了在三个维度上能够伸缩的材料

撰文 Rachel Crowell

翻译 刘书琬

审校 金庄维

麻省理工学院（MIT）的研究团队近日利用3D打印技术制造了一种受热收缩的星形结构，首次证明了受热收缩能够发生在三个维度上，并且实现了对收缩程度的调节。这有助于延长牙齿填充料、电路板、空间站零件、窗框、水管等物件的使用寿命。

https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=c13105262f6&width=500&height=375&auto=0

视频左下角是温度。星形结构在加热至350K时开始收缩，并且随着温度继续升高进一步收缩。

（视频来源：论文原文）

再好的牙齿填充料也会有变形损坏的一天，因为填充物在酸性物质与温度的不断影响下会逐渐磨损。近日， MIT的研究团队制造了一种新结构，它的独特性质有助于延长填充料的使用寿命。这种结构像冰一样具有“负热膨胀”的性质，即受热时收缩而非膨胀 。为了研发拥有这一性质的新材料，科学家已经努力工作了好几年。现在，研究人员运用3D打印技术，终于在毫米尺度上制造出了负热膨胀的星形结构（如图）。该结构由两种材料组成：刚性的含铜材料构成外部框架，而有弹性的聚合物材料构成内部支柱。这样，星形结构受热时便会向内收缩，而且在空间的三个方向上都是如此。这是科学家第一次证明负热膨胀能在三个维度上发生，以往的结构都只能实现二维负热膨胀。 研究人员还发现，通过改变外部框架中铜的含量，他们可以调节星形结构内缩的程度。将该结构与受热膨胀的材料小心结合在一起有助于产品形状在温度变化下保持不变，这意味着电路板、卫星上搭载的相机以及人工牙齿填充料等物件的使用寿命都将得到延长 。

原文链接：http://www.sciencemag.org/news/2016/10/new-star-shaped-structures-could-mean-longer-lasting-dental-fillings-and-circuit-boards

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 论文基本信息

【题目】Lightweight Mechanical Metamaterials with Tunable Negative Thermal Expansion

【作者】Qiming Wang, Julie A. Jackson,Qi Ge, Jonathan B. Hopkins, Christopher M. Spadaccini, and Nicholas X. Fang

【刊期】Physical Review Letters

【日期】21 October 2016

【DOI】10.1103/PhysRevLett.117.175901

【摘要】The Poisson’s ratio of amaterial characterizes its response to uniaxial strain. Materials normally possessa positive Poisson’s ratio - they contract laterally when stretched, and expandlaterally when compressed. A negative Poisson’s ratio is theoreticallypermissible but has not, with few exceptions of man-made bulk structures, beenexperimentally observed in any natural materials. Here, we show that thenegative Poisson’s ratio exists in the low-dimensional natural material blackphosphorus and that our experimental observations are consistent withfirst-principles simulations. Through applying uniaxial strain along armchairdirection, we have succeeded in demonstrating a cross-plane interlayer negativePoisson’s ratio on black phosphorus for the first time. Meanwhile, our resultssupport the existence of a cross-plane intralayer negative Poisson’s ratio inthe constituent phosphorene layers under uniaxial deformation along the zigzagaxis, which is in line with a previous theoretical prediction. The phenomenonoriginates from the puckered structure of its in-plane lattice, together withcoupled hinge-like bonding configurations.

【链接】http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.175901

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