مفهوم جدید «متامواد مکانیکی» در چند سال گذشته در پژوهش های بسیاری مورد توجه قرار گرفته است که عمدتا دلیل پیشرفت های ایجاد شده در فناوری پرینت سه بعدی می باشد که امکان ساخت مواد با ساختارهای پیچیدۀ مصنوعی و دلخواه نانو/میکرویی را فراهم کرده است. در این پست به یکی از دسته های متامواد مکانیکی می پردازیم. مواد اکستریمال (Extremal Materials)، موادی هستند که در برخی از حالت های تغییر شکل بسیار مستحکم هستند و در سایر حالت ها، بسیار نرم هستند.
مواد اکستریمال نخست توسط میلتون و چرکائف در 1995 معرفی شده و به عنوان موادی تعریف می شوند که در برخی از شرایط خاص تغییر شکل، استحکام و سفتی بسیار بالای دارند و در سایر حالت ها، رفتار متفاوتی را نشان می دهند. مقادیر ویژۀ تانسور الاسیسیته رفتار مواد اکستریمال در حالت های مختلف را تعیین می کنند که بسیار بزرگ هستند یا بسیار کوچک هستند. مقدار ویژۀ بسیار کوچک ماده ای را نشان می دهد که هنگام تغییر شکل در جهت مربوط به آن مقدار ویژه، استحکام پایینی دارد. بنابراین مواد اکستریمال را می توان با توجه به اعداد مقدار ویژه بسیار کوچک در تانسور الاسیسیته مشخص کرد. اگر یک متامادۀ اکستریمال فقط یک مقدار ویژۀ بسیار کوچک داشته باشد، به آن Unimode می گویند. میلتون و چرکائف نشان داده اند که با ترکیب کردن دو فاز –یک فاز بسیار مستحم و یک فاز بسیار نرم- می توان متامواد اکستریمال ساخت و از این طریق هرگونه تانسور الاسیسیتۀ مطلوب (و مصنوعی) را ایجاد کرد. این نتیجه بسیار مهم است چون علاوه بر مواد کامپوزیتی، به راحتی از طریق فناوری پرینت 3-بعدی می توان موادی طراحی کرد که در برخی جهت ها دارای مواد نرم هستند و در سایر جهات، مواد مستحکمی دارند. دو دسته از مواد اکستریمال از اهمیت بالای برخوردار هستند: پنتامواد (Penta-mode) و مواد انبساطی (dilational، دارای ضریب پواسون منفی).
پنتا مواد در پنج جهت از شش جهت اصلی، دارای استحکام پایین بوده و نرم هستند. حجم این مواد در حین تغییر شکل تغییر نمی کند و ضریب پواسون آن ها برابر با 0.5 است. این مواد برای نمونه در هدایت و تغییر جهت امواج و ساخت داربست های زیست سازگار در مهندسی بافت به کار می روند.
منبع: DOI: 10.1039/c6mh00065g