Auxéticos

Los metamateriales auxéticos son un tipo de metamaterial con un coeficiente de Poisson negativo , de modo que el alargamiento axial provoca un alargamiento transversal (a diferencia de un material ordinario, donde el estiramiento en una dirección provoca compresión en la otra).

Los auxéticos pueden ser moléculas individuales , cristales o una estructura particular de materia macroscópica. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Los materiales auxéticos se utilizan en equipos de protección como chalecos antibalas, cascos y rodilleras, ya que absorben la energía de forma más eficaz que los materiales tradicionales. ^{[ 3 ] [ 4 ]} También se utilizan en dispositivos como stents o implantes médicos. Los tejidos auxéticos pueden emplearse para crear prendas de vestir cómodas y flexibles, así como tejidos técnicos para aplicaciones como la industria aeroespacial y el equipamiento deportivo. ^{[ 4 ]} Los materiales auxéticos también pueden utilizarse para crear metamateriales acústicos para el control del sonido y la vibración. ^{[ 5 ]}

El término auxético deriva de la palabra griega auxetikos ( αὐξητικός ) que significa 'aquello que tiende a aumentar' y tiene su raíz en la palabra auxesis ( αὔξησις ), que significa 'aumento' (sustantivo). Esta terminología fue acuñada por el profesor Ken Evans de la Universidad de Exeter . ^{[ 6 ] [ 2 ]} Uno de los primeros materiales auxéticos producidos artificialmente, la estructura RFS (estructura de pliegue de diamante), fue inventada en 1978 por el investigador berlinés K. Pietsch. Aunque no utilizó el término auxéticos, describe por primera vez el mecanismo de palanca subyacente y su reacción mecánica no lineal, por lo que se le considera el inventor de la red auxética. El primer ejemplo publicado de un material con constante de Poisson negativa se debe a AG Kolpakov en 1985, "Determinación de las características promedio de las estructuras elásticas"; el siguiente material auxético sintético fue descrito en Science en 1987, titulado " Estructuras de espuma con una relación de Poisson negativa" ^{[ 1 ]} por RS Lakes de la Universidad de Wisconsin Madison . El uso de la palabra auxético para referirse a esta propiedad probablemente comenzó en 1991. ^{[ 7 ]} Recientemente, se demostró que las células exhiben una versión biológica de la auxeticidad bajo ciertas condiciones. ^{[ 8 ]}

En 1985 se publicaron diseños de compuestos con celda de periodicidad hexagonal invertida (hexágono auxético), que poseen coeficientes de Poisson negativos. ^{[ 9 ]}

Por estas razones, gradualmente, muchos investigadores se han interesado en las propiedades únicas de los materiales auxéticos. En 25 años, el número de publicaciones aumentó de una en 1991 a 165 en 2016. ^{[ 10 ]} Sin embargo, aunque los materiales auxéticos son estructuras prometedoras y tienen un gran potencial en ciencia e ingeniería, su aplicación generalizada en múltiples campos sigue siendo un desafío. Por lo tanto, se requiere investigación adicional relacionada con los materiales auxéticos para su aplicación generalizada.

Por lo general, los materiales auxéticos tienen baja densidad , lo que permite que las áreas tipo bisagra de las microestructuras auxéticas se flexionen. ^{[ 11 ]}

A escala macroscópica, el comportamiento auxético puede ilustrarse con una cuerda inelástica enrollada alrededor de un cordón elástico. Al separar los extremos de la estructura, la cuerda inelástica se endereza mientras que el cordón elástico se estira y se enrolla a su alrededor, aumentando así el volumen efectivo de la estructura. El comportamiento auxético a escala macroscópica también puede emplearse para el desarrollo de productos con características mejoradas, como calzado basado en las estructuras de triángulos giratorios auxéticos desarrolladas por Grima y Evans ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} y prótesis de pie con propiedades articulares similares a las humanas. ^{[ 15 ]}

Los materiales auxéticos también se presentan de forma orgánica, aunque su estructura difiere de la de los metamateriales artificiales. Por ejemplo, los núcleos de las células madre embrionarias de ratón en estado de transición muestran un comportamiento auxético. ^{[ 16 ]}

Algunos ejemplos de materiales auxéticos son:

• Espuma de poliuretano auxética ^{[ 17 ] [ 18 ]}
• Núcleos de células madre embrionarias de ratón en estado pluripotente saliente ^{[ 16 ]}
• α-Cristobalita . ^{[ 19 ]}
• Ciertos estados de materiales cristalinos: Li, Na, K, Cu, Rb, Ag, Fe, Ni, Co, Cs, Au, Be, Ca, Zn Sr, Sb, MoS ₂ , BAsO ₄ , y otros. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}
• Ciertas rocas y minerales ^{[ 23 ]}
• El grafeno , que puede hacerse auxético mediante la introducción de defectos de vacancia ^{[ 24 ] [ 25 ]}
• Fases de carbono tipo diamante ^{[ 26 ]}
• Semicarburo de tungsteno bidimensional ^{[ 27 ]}
• Nanotubos no carbonosos ^{[ 28 ] [ 29 ]}
• Tejido óseo vivo (aunque esto solo se sospecha) ^{[ 23 ]}
• Tendones dentro de su rango normal de movimiento. ^{[ 30 ]}
• Variantes específicas de polímeros de politetrafluoroetileno como Gore-Tex ^{[ 31 ]}
• Varios tipos de pliegues de origami como la estructura de plegado de diamante (RFS), la estructura de plegado de espina de pescado (FFS) o el pliegue miura , ^{[ 32 ] [ 33 ]} y otros patrones periódicos derivados de ella. ^{[ 34 ] [ 35 ]}

• Estructuras a medida diseñadas para exhibir coeficientes de Poisson especialmente diseñados. ^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]}
• Moléculas orgánicas en cadena. Investigaciones recientes revelaron que los cristales orgánicos como las n- parafinas y similares a ellas pueden demostrar un comportamiento auxético. ^{[ 43 ]}

Los materiales auxéticos se utilizan en prendas de vestir, origami y productos químicos.

Se ha informado que los materiales auxéticos sintéticos que utilizan una estructura reticular bioinspirada (BLS) proporcionan 13 veces más rigidez, absorben un 10 % más de energía y presentan un rango de deformación un 60 % mayor que los materiales auxéticos existentes. Entre sus posibles aplicaciones se incluyen materiales de construcción, equipos de protección deportiva y productos médicos. ^{[ 44 ]}

• Metamaterial acústico
• metamaterial mecánico
• Metamaterial
• Paralelogón
• Zetix , un tipo de material auxético fabricado comercialmente.

• Materiales con coeficiente de Poisson negativo
• Espuma auxética en YouTube
• Información general sobre materiales auxéticos