Elastic paradoxes: the phenomenon of auxetic materials
dr hab. inż. Andrzej Katunin, prof. PŚ
Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska, członek Akademii Młodych Uczonych PAN
Streszczenie
Materiały auksetyczne, uważane przez lata za teoretyczną ciekawostkę, obecnie trafiają do laboratoriów, fabryk, a nawet garderoby sportowców. Działające nieco wbrew intuicji, rozszerzając się przy rozciąganiu zamiast zwężać się, uzyskały ciekawe właściwości – doskonałą tłumienność i elastyczność w stosunku do zmiennych warunków. Dzięki rozwojowi narzędzi symulacyjnych i technik przyrostowych inżynierowie uzyskali pełną kontrolę nad ich tworzeniem, projektując te materiały od podstaw i do bardzo sprecyzowanych warunków obciążeniowych. Ich sekret tkwi nie w składzie chemicznym, lecz w postaci geometrycznej ich mikrokomórek, które, choć wykonane z wciąż konwencjonalnych materiałów, potrafią nadawać auksetykom właściwości podważające tradycyjne pojmowanie materiałów. W tym nowym paradygmacie to geometria staje się obecnie nową chemią.
Słowa kluczowe: materiały auksetyczne, ujemny współczynnik Poissona, inteligentne materiały, inżynieria materiałowa
Abstract
Auxetic materials, long regarded as a theoretical curiosity, are now finding their way into laboratories, factories, and even athletes’ wardrobes. Acting somewhat counterintuitively, expanding when stretched instead of narrowing, they exhibit remarkable properties, including excellent damping capacity and adaptability to changing conditions. Thanks to advances in simulation tools and additive manufacturing techniques, engineers have gained full control over their creation, designing these materials from the ground up for highly specific loading conditions. Their secret lies not in chemical composition, but in the geometric architecture of their microcells which, though made from conventional substances, endow auxetics with properties that change traditional understanding of materials. In this new paradigm, geometry has become the new chemistry.
Keywords: auxetic materials, negative Poisson’s ratio, intelligent materials, materials engineering
NIEZWYKŁE WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW AUKSETYCZNYCH
Współczesny przemysł definiuje wysokie wymagania wobec nowych materiałów konstrukcyjnych. Nie wystarczą już wyłącznie dobre właściwości mechaniczne, od współczesnych materiałów oczekuje się coraz większej funkcjonalności, umożliwiającej ich dopasowanie do najbardziej wymagających zastosowań przemysłowych i technicznych. Wśród stosunkowo nowych i niezwykle obiecujących materiałów należy zwrócić uwagę na materiały auksetyczne. Ich zachowanie zaprzecza intuicji – gdy większość znanych materiałów inżynierskich przy rozciąganiu w jednym kierunku ulega zwężeniu w pozostałych, materiały auksetyczne reagują na takie obciążenie dokładnie odwrotnie. Przy obciążeniach rozciągających rozszerzają się one w kierunku poprzecznym, a np. przy ściskaniu nie odkształcają się na boki, lecz zagęszczają się. Powoduje to, że ograniczenia dot. współczynnika Poissona rodem z klasycznej mechaniki ośrodków sprężystych nie działają w tym przypadku, a auksetyki cechują się jego ujemną wartością.
Te niezwykłe właściwości materiałów auksetycznych nie są jedynie ciekawostką, stanowią one doskonałe tworzywo do projektowania zaawansowanych struktur i elementów, umożliwiających eksploatację w skomplikowanych warunkach obciążeniowych. Szczególnie korzystna wydaje się być ich zdolność do zwiększania sztywności pod obciążeniem oraz wynikające z tego lepsze właściwości tłumienne. Znajdują one zastosowanie wszędzie tam, gdzie istotne jest połączenie, wydawałoby się, wzajemnie wykluczających się właściwości – niskiej masy projektowanych struktur oraz wysokiej wytrzymałości i trwałości oraz elastyczności projektowej w uzyskiwaniu skomplikowanych kształtów.
Literatura
[1] J. Plewa, M. Płońska, K. Feliksik, G. Junak. 2025. “Geometric Analysis and Experimental Studies of Hexachiral Structures”. Materials 18: 4344.
[2] S. Sayın, Z. Kıral. 2025. “Improved Static and Dynamic Behavior of Auxetic Structures with Radial Limb Design”. Applied Sciences 15: 9343.
[3] N. Kladovasilakis, I.F. Kyriakidis, E.K. Tzimtzimis, E.M. Pechlivani, K. Tsongas, D. Tzetzis. 2025. “Development of 4D-Printed Arterial Stents Utilizing Bioinspired Architected Auxetic Materials”. Biomimetics 10:78.
Czytaj więcej: https://sigma-not.pl/publikacja-156979-elastyczne-paradoksy-fenomen-materia%C5%82%C3%B3w-auksetycznych-przeglad-techniczny-2025-11.html
