اکستیک

اکستیک‌ها (به انگلیسی: Auxetics) موادی با ضریب پواسون منفی هستند. اکستیک‌ها در هنگام اعمال تنش کششی عمودی، برخلاف مواد معمول، در راستای عمود بر نیروی وارده، ضخیم‌تر می‌شوند. این خاصیت در کامپوزیت‌های لایه‌ای، فوم‌های پلیمری و فلزی دیده‌شده‌است. جامدات اتمی با ساختار مکعبی هنگامی که در جهت [110] کشیده شوند نیز چنین رفتاری از خود نشان می‌دهند.
در 20 سال اخیر مواد اکستیک توجه فراوانی را به خود جلب کرده‌اند ,از مقیاس نانو گرفته تا سانتی متر.مواد اکستیک امکان ساخت سازه‌ها و کامپوزیت‌های صنعتی با خواص مکانیکی بهبود یافته نظیر مدول برشی بالاتر را ممکن می‌کنند.
نخستین مقاله چاپ شده دربارهٔ مواد اکستیک مصنوعی در نشریه علم در سال 1987 بوده که عنوان آن "سازه‌های فومی با ضریب پواسون منفی "  نوشتهٔ R.S Lakes از دانشگاه آیووا می‌باشد.

تاریخچه

ضریب پواسون منفی ابتدا در سال ۱۹۴۷ میلادی توسط Love گزارش شد. در آنزمان عقیده بر آن بود که مواد با ضریب پواسون منفی دست یافتنی نیستند و این پدیده به عنوان یک نقص در کریستال سولفید آهن خاطر نشان گردید. در ۱۹۸۷ Lakes ضریب پواسون منفی را در فوم‌های پلی‌یورتان کشف کرد.
لغت اکستیک از لغت یونانی αὐξητικός (اکستیکوس) به معنی "چیزی که تمایل به افزایش دارد" از ریشه αὔξησις (اکسیس) به معنی "افزایش" برگرفته شده‌است. زبانشناسی تاریخی این لغت اولین بار توسط پروفسور کن ایوانز از دانشگاه اکستر انجام شد.
تعداد کمی مواد با ضریب پواسون منفی به صورت طبیعی وجود دارند. یک مثال از مواد اکستیک طبیعی استخوان است. ضریب پواسون منفی استخوان نخست توسط Williams و Evans اندازه‌گیری شد.

کریستال‌های اکستیک

رفتار اکستیک در کریستال‌های FCC و BCC و مکعبی ساده و به ندرت در کریستال‌های HCP مشاهده شده‌است با این حال مکانیزم در پس این رفتار تا امروز اندکی شناخته شده‌است.مطالعاتی که روی ضریب پواسون منفی انجام شده‌است تاکنون از ثابت الاستیسیته که از شبیه سازی‌های دینامیکی تجربی (در مقیاس بزرگ) یا مولکولی بدست می اید برای محاسبه ضریب پواسون استفاده کرده‌اند بدون توضیح علت نهفته‌ای که باعث به وجود آمدن این رفتار می‌شود.
البته رفتار کریستال‌های پیچیده تر مانند زئولیت‌ها و کریستوبالیت‌ها مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته و مکانیزم مولد ضریب پواسون منفی آن‌ها کشف شده‌است.
کریستال‌های بسیاری وجود دارند که دارای دسته‌های اتمی صلب با اثر متقابل ضعیف بین اتم‌های آن‌ها هستند که برای مشخص کردن مکان, جهت‌گیری و انحراف اتم‌های آن‌ها باید نه تنها جابه جایی بلکه چرخش و البته سایر درجات آزادی آن‌ها را در نظر گرفت.اما اتم‌های مواد مورد نظر ما به گونه‌ای قرار گرفته‌اند که درجات آزادی مکانی و چرخشی به صورت زوج و متأثر از هم به صورت مقید تغییر می‌کنند.(مطابق شکل)
گونه‌های مهمی از این مواد عبارت اند از پلی مورف‌های سیلیس (sio₂) که انرژی مورد نیاز برای تغییر شکل چهار وجهی آن‌ها بسیر بیشتر از انرژی مورد نیاز برای چرخش متقابل اتم‌های آنهاست.

چگونه ساخته می‌شوند؟

مواد اکستیک به‌طور عمده می‌توانند به دو روش ساخته شوند.بوسیلهٔ روش بالا به پایین پلیمرهای عادی دستکاری می‌شوند تا ساختار و ویژگی‌های مطلوب را به وجود آورند.در روش پایین به بالا ماده از خراشیدن مولکول به مولکول ساخته می‌شود که به آن‌ها اجازه می‌دهد که در مقیاس بسیار کوچک مهندسی شوند. در هر دو روش هدف ایجاد یک الگوی تکرار شونده از بلوک‌ها و سلول‌هایی است که دارای شکل ضروری لولا مانند باشند.
نخستین ماده اکستیک مصنوعی بر پایه پلیمر با روش بالا به پایین در سال 1987 ساخته شد. Rod Lakes از دانشگاه آیووا (Iowa University) کار خود را با یک فوم پلی‌اورتان که شامل آرایش شش گوش شانه عسل مانند بود شروع کرد. هنگامی که او به این ساختار سلولی نیرو و گرما وارد می‌کرد این نیرو و گرما باعث خم شدن دیواره‌های سلول و تأثیر در شکل شش ضلعی اکستیک می‌شد(شکل سمت چپ).

سال بعد از آن Ken Evans از دانشگاه اکستر (Exeter University) اکستیک دیگری با ساختار PTFE ساخت. این ساختار از حجم‌های بیضوی که به وسیله رشته‌هایی بلند که به نوک آن‌ها متصل است به یکدیگر وصل شده‌اند (شکل وسط). در شرایط عادی این بیضی‌ها در حالی که رشته‌ها اطراف آن‌ها هستند روی هم انباشته می‌شوند. اگر این ماده در جهت رشته‌ها کشیده شود رشته‌ها نیز کشیده شده و این باعث چرخیده شدن اشکال بیضوی می‌شود که ساختار را به شکل نرده مانند مرتب می‌کند(شکل سمت راست).

مواد اکستیک

مواد اکستیک از لحاظ نحوه تشکیل به چهار دسته تقسیم‌بندی می‌شوند.
۱-جامدات با ساختار سلولی
۲-پلیمرهای ریزحفره Microporous material اکستیک
۳-کامپوزیتهای اکستیک
۴-مواد اکستیک مولکلی

رآکتورهای هسته ای مگنوکس (magnox)

امروزه مواد اكستيك در آرام‌کننده ( moderator ) هاي راكتور هاي هسته اي مگنوکس استفاده ميشوند به اين دليل كه اين مواد بيشترين مدول برشي براي محافظت از ميله هاي گرافيتي در مقابل خطرات ناشي از زمين لرزه را دارند.

کاربرد نظامی

آژانس لباس‌ها و منسوجات دفاعي ( defence clothing and textile agency (DCTA) ) در كالچستر كه وظيفه ي تحقيقات در مورد لباس هاي با تكنولوژي بالا (hi-tech) براي ارتش را دارد در پي بررسي استفاده هاي منسوجات اكستيك براي اهداف نظامي است.این توجه به مواد اکستیک به دلیل مقاومت بالایی که این مواد در مقابل ضربه دارند است در نتیجه این مواد برای استفاده به عنوان جلیقه‌های ضد گلوله و تجهیزات مشابه مناسب هستند.در هنگام اصابت گلوله ,مواد اکستیک از اطراف فشرده تر شده و جلوی پیشروی هرچه بیشتر گلوله را می‌گیرند.

زیست پزشکی

مواد اکستیک توجه متخصصان زیست پزشکی را نبز به خود جلب کرده‌است.این مواد در زیست پزشکی می‌توانند به عنوان دیلاتور برای باز کردن رگ‌های گرفته و یا حتی ساخت رگ‌های مصنوعی مورد استفاده قرار گیرند. جداره رگ‌های مصنوعی در صورتی که از مواد مرسوم ساخته شوند در هنگام پمپاژ خون نازک و ضعیف می‌شوند که در این صورت احتمال پارگی افزایش می یابد اما اگر این رگ‌ها از مواد اکستیک ساخته شوند جداره در هنگام جریان خون کلفت تر می‌شود.

کاربرد ورزشی

رفتار اکستیک همچنین در مقیاس ماکرو می‌تواند برای توسعه محصولاتی با خواص بهبود یافته مانند کفش‌های خاص بر پایه ساختار اکستیک مثلث‌های دوار که توسط Grima و Evans توسعه یافت به کار گرفته شود که به ورزشکار کمک می‌کند که حرکت طبیعی خود را در حین دویدن یا تمرین حفظ کند که به افزایش استقامت او کمک می‌کند.