用拉胀材料制作普朗克的脸，科学家都震惊了

欧洲足球赛事 注：想象你某天兴致来潮，想用铜做出普朗克的脸。当然，你可以用铜来雕塑头像，但还有比这更好的方法——用拉胀材料来制作。接下来，将是见证奇迹的时刻。

把一张平板铜片切成半椭圆形，从它的直线边缘的中间处剪切出一个三角形。将大三角形剪切成多个小三角形，把小三角形的边缘弯曲，和大三角形边缘连接。那些小三角形可以填补模型的任何角落。

这听起来就像是魔术一样，但也很容易理解。卡内基•梅隆大学的计算机科学家Keenan Crane已经用铜片完成了这件事，你可以看到文章开始的成品的模型。当然，制作普朗克的脸不是重点，当Crane把铜片剪成设计好的小三角形时，他提出了一种新的材料——拉胀材料。科学家近几十年来一直对拉胀材料奇怪、复杂的性能有着极大的兴趣。在将来的某一天，拉胀材料可能会用来提高减震器的性能，从而生产出更加舒服、功能多样的鞋子。

“人们总是空口说它可以怎样极大的改变世界，但是眼下我们正在尝试解决最基本的问题，”Crane说。拉胀材料始于1987年Science上工程师兼教授的Roderic Lakes写的一篇文章。他报导了一种新型的反常的聚合物泡沫：当它的一测被拉伸时，另一侧将会扩展；当它的一侧被压缩时，另一侧则会收缩。

一石激起千层浪，Science News，Chemical Week，Scientific American，the Chicago Tribune均对该发现进行了报导。甚至New York Times也对此大为震惊，并在头版上发表了一篇题目为“A Perverse Creation of Science: Anti-Rubber.”的文章。

这种神奇的现象是怎么发生的？拉胀材料就像由相互之间有压力的薄片组成的泡沫，当这些片向上或向下运动时，它们会把临近的片推向一边。就像滑雪橇时，地心引力把你向下拉，但你可以站在那里不动或向侧边倾斜。这种作用力打开或关闭了不同薄片周围的空间。在泡沫中，它让分子之间产生微小的孔隙，当泡沫被拉伸或压缩时，泡沫的多个方向同时膨胀或缩小。

1987年的新闻一直关注这种神秘的膨胀，但是孔隙的打开或关闭对材料的这种性能贡献最多。有弹性的拉胀材料具有很多属性，威斯康星大学麦迪逊分校的教授Lakes说。他发现拉胀材料很容易被压缩，当它们被拉伸或压缩时，可以有多种类型的运动。

Crane对用拉胀材料制作像鞋、脸、甚至猫的头部这样复杂的3D表面更感兴趣，即要制作出实际的成品，也要在电脑上模拟出模型。他的课题组将铝片、塑料片、皮革片和铜片剪成小三角形。这些小三角形很硬，但是三角形的角可以被弯曲，这使得三角形改变形状时，三角形之间的孔隙可以打开或关闭。就像一种平板车可以通过改变它的角度的方式越过弯曲的山。改变平面三角形之间的角度和空间可以使它们覆盖到表面的每一个角落和缝隙。如果三角形足够小并且具有合适的形状，可以用它们来制作任何东西。从半椭圆底部剪切出一个三角形并不简单。一般来说，从起始的片到最终的成品，中间要经过很多步骤。

还有一方面也激起了他的兴趣。如果改变温度或有电流通过，那些材料可能也会自然的改变形状。“这是一种科幻视觉：想象你打印那些材料，”Crane说，“开始是一张平片，通过改变温度，它就会变成不同的形状。”拉胀材料的领域已经从泡沫板成长为3D打印，它现在正向很多其它的方向发展。

原文链接：A Freaky Anti-Rubber Is Still Weirding Scientists Out.

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

本文由编辑部张莹提供素材，朱晓秀编译，点我加入材料人编辑部。