用拉脹材料制作普朗克的臉，科學家都震驚了

材料牛注：想象你某天興致來潮，想用銅做出普朗克的臉。當然，你可以用銅來雕塑頭像，但還有比這更好的方法——用拉脹材料來制作。接下來，將是見證奇跡的時刻。

把一張平板銅片切成半橢圓形，從它的直線邊緣的中間處剪切出一個三角形。將大三角形剪切成多個小三角形，把小三角形的邊緣彎曲，和大三角形邊緣連接。那些小三角形可以填補模型的任何角落。

這聽起來就像是魔術一樣，但也很容易理解。卡內基?梅隆大學的計算機科學家Keenan Crane已經用銅片完成了這件事，你可以看到文章開始的成品的模型。當然，制作普朗克的臉不是重點，當Crane把銅片剪成設計好的小三角形時，他提出了一種新的材料——拉脹材料。科學家近幾十年來一直對拉脹材料奇怪、復雜的性能有著極大的興趣。在將來的某一天，拉脹材料可能會用來提高減震器的性能，從而生產出更加舒服、功能多樣的鞋子。

“人們總是空口說它可以怎樣極大的改變世界，但是眼下我們正在嘗試解決最基本的問題，”Crane說。拉脹材料始于1987年Science上工程師兼教授的Roderic Lakes寫的一篇文章。他報導了一種新型的反常的聚合物泡沫：當它的一測被拉伸時，另一側將會擴展；當它的一側被壓縮時，另一側則會收縮。

一石激起千層浪，Science News，Chemical Week，Scientific American，the Chicago Tribune均對該發現進行了報導。甚至New York Times也對此大為震驚，并在頭版上發表了一篇題目為“A Perverse Creation of Science: Anti-Rubber.”的文章。

這種神奇的現象是怎么發生的？拉脹材料就像由相互之間有壓力的薄片組成的泡沫，當這些片向上或向下運動時，它們會把臨近的片推向一邊。就像滑雪橇時，地心引力把你向下拉，但你可以站在那里不動或向側邊傾斜。這種作用力打開或關閉了不同薄片周圍的空間。在泡沫中，它讓分子之間產生微小的孔隙，當泡沫被拉伸或壓縮時，泡沫的多個方向同時膨脹或縮小。

1987年的新聞一直關注這種神秘的膨脹，但是孔隙的打開或關閉對材料的這種性能貢獻最多。有彈性的拉脹材料具有很多屬性，威斯康星大學麥迪遜分校的教授Lakes說。他發現拉脹材料很容易被壓縮，當它們被拉伸或壓縮時，可以有多種類型的運動。

Crane對用拉脹材料制作像鞋、臉、甚至貓的頭部這樣復雜的3D表面更感興趣，即要制作出實際的成品，也要在電腦上模擬出模型。他的課題組將鋁片、塑料片、皮革片和銅片剪成小三角形。這些小三角形很硬，但是三角形的角可以被彎曲，這使得三角形改變形狀時，三角形之間的孔隙可以打開或關閉。就像一種平板車可以通過改變它的角度的方式越過彎曲的山。改變平面三角形之間的角度和空間可以使它們覆蓋到表面的每一個角落和縫隙。如果三角形足夠小并且具有合適的形狀，可以用它們來制作任何東西。從半橢圓底部剪切出一個三角形并不簡單。一般來說，從起始的片到最終的成品，中間要經過很多步驟。

還有一方面也激起了他的興趣。如果改變溫度或有電流通過，那些材料可能也會自然的改變形狀。“這是一種科幻視覺：想象你打印那些材料，”Crane說，“開始是一張平片，通過改變溫度，它就會變成不同的形狀。”拉脹材料的領域已經從泡沫板成長為3D打印，它現在正向很多其它的方向發展。

原文鏈接：A Freaky Anti-Rubber Is Still Weirding Scientists Out.

文獻連接：
Foam Structures with a Negative Poisson’s Ratio.
A Perverse Creation of Science: Anti-Rubber.
Everything—Yes, Everything—Is a Harmonic Oscillator.

本文由編輯部張瑩提供素材，朱曉秀編譯，點我加入材料人編輯部。