从航空航天到家庭应用，先进的拉胀计已准备好广泛使用

拉胀材料与经典材料的不同之处在于它们表现出负泊松比。换句话说，在纵向施加的拉力的作用下，拉胀在垂直的横向方向上膨胀。 

科学家们继续寻找材料的拉胀特性。最近，博士生 Noah Stocek 与 西方物理学家乔瓦尼·范奇尼， 已经开发 一种这样的纳米材料. 

二维拉胀纳米片

两位科学家都在 Interface Science Western 工作，开发半碳化钨（也称为 W2C）的二维纳米片。这些是含有等量钨和碳原子的化合物。秉承拉胀材料的特性，这些纳米材料在沿一个方向拉伸时会垂直于所施加的力膨胀. 

这一发展意义重大，因为它是第二种以与经典材料相反的方式大幅膨胀的材料。在此之前，只有一种材料被报道可以每单位长度膨胀 10%，这与直觉相反。目前的纳米材料半碳化钨纳米片可以膨胀 40%。这是一个新的世界纪录。 在解释这一发展成就时，斯托克说： 

“2018年，理论家预测它可能会表现出出色的这种行为，但尽管世界各地的研究小组进行了广泛的尝试，但没有人能够开发出它。”

为了更详细地解释 Stoeck 和 Fanchini 开发的内容，他们通过科学和实验报告了一种专门设计的双区远程等离子体沉积系统，该系统可以在热力学平衡之外生长碳化钨，并调整 W 和 C 前驱体的比例。该研究强调了该系统允许合成少层半碳化钨（FL-W2C）薄片的具体条件。这些薄片本质上是二维的，因为它们可以在斯特兰斯基-克拉斯塔诺夫生长过程中在介观水平上保持周期性。

从化学手段到等离子体物理的新转变

开发人员二人组在其工艺的早期阶段就发现，不可能使用化学方法构建新的半碳化钨纳米材料。结果，他们转向等离子体物理学，目的是形成单原子层。 

为了利用等离子体方法开发纳米材料，开发人员二人放弃了使用可以高温加热气体的特殊熔炉的传统路线 发生化学反应并形成物质。他们设计了一种新的定制仪器系统，用于产生含有带电粒子的等离子体。 

新开发的纳米材料的应用

这些纳米片最有用的潜在应用之一可能是一种全新类型的应变计。这些测量仪可以以非常有效的方式测量膨胀，并可以拉伸到从飞机机翼到家庭管道的所有物体。

由于这些材料的导电性更强， 它们可以被使用 在传感器或设备中检测环境的变化和变化。他们不仅能够检测到这些材料，而且 由于它们的“传感器”功能，它们 还可以将信息发送到其他电子设备。 

在详细阐述其中一种可能的应用时，斯托克说：

“想象一下，如果您想知道家里的管道是否变形并且在某个时刻有破裂的风险。您可以将传感器粘贴在由这种二维纳米材料制成的管道上，然后使用计算机监测通过它的电流。如果电流上升，就意味着管道正在膨胀，有爆裂的危险。” 

未来，对材料拉胀性能的更多开发肯定会带来新的解决方案。目前，密歇根科学公司和欧米茄等公司 深入致力于应变片的制造和开发。 这些公司可以开始利用这一发展和由此产生的纳米材料来推进他们的产品/解决方案组合。 

＃1。 欧米茄

DwyerOmega 旗下品牌 Omega 可以利用纳米材料进一步增强其强大而多样化的应变计产品线。其隔膜应变计可以测量各种应用中的应变和应力，包括金属、塑料和复合材料中的压力、力、位移和应变。双平行应变片产品线有助于可靠地测量各种应用中的弯曲应力。 

Omega 还提供扭转和剪切应变计、线性应变计、T 花形应变计和花形应变计。 Omega 仪表具有严格的公差，更容易对准，可提供可靠的性能和长期稳定性。其全桥和半桥应变计在宽温度范围内具有出色的线性度和兼容性。 

其 T-Rosette 应变片可以测量温度、负载和振动对部件的影响。它们在测量已知主方向的双轴应力时特别有用。

该公司完全有能力开发基于 拉胀仪表或扩展其现有的具有拉胀特性的产品线。 

DwyerOmega 作为 Dwyer Instruments, Inc. 之后的品牌出现。 同意收购 530 年 19 月 2022 日，OMEGA Engineering, Inc. 以约 525 亿美元的价格从 Spectris plc (LSE:SXS) 手中收购。Dwyer 支付了 20.4 亿美元，估值约为 Omega 2021 年调整后 EBITDA 的 2021 倍。 129 财年，欧米茄销售额为 168 亿英镑（19.7 亿美元），调整后 EBITDA 为 25.7 万英镑（XNUMX 万美元）。

＃2。 密歇根科学公司

密歇根科学公司是一家总部位于美国密歇根州沙勒瓦的私营公司，以提供一系列工程服务、产品和解决方案而闻名。该公司可以充分利用这一发展的一个领域是应变计服务。 

该公司是设计和制造定制应变片传感器的专家，该传感器可用于多种情况，包括测量车辆悬架力、动力总成扭矩、转向部件力、发动机和电机负载以及现场车辆的制动扭矩。 

密歇根的解决方案包括轴扭矩传感器、曲轴传感器、剪切销传感器以及半轴应变测量、驱动轴应变测量、轴向力测量等产品。 

这些解决方案的仪表应用包括用于监测应力的电路板仪表、监测制造过程中变形的热室门板以及完全仪表化的工业尺寸驱动轴。这些解决方案还收集和分析从部署它们的项目中获得的数据。 

我们已经看到新开发的应变计的“传感器”功能增加了它们的价值。这对于摩根科学公司来说也将是一项附加值，该公司的业务是在客户所在地现场安装应变仪，以检测客户的组件并记录数据以支持一系列测试和开发活动。 

拉胀学的其他重大最新进展

土木建筑中的拉胀

根据《国际防护结构杂志》发表的报告，拉胀材料在土木工程相关领域的应用越来越多。 它们可以组合起来 胶凝材料有多种形式，包括泡沫-砂浆复合材料、织物-砂浆复合材料、纤维增强水泥复合材料等。 

例如，拉胀泡沫层被证明可用于改造受压下的脆性砖石墙。它们显着增加了 水泥基复合材料中的屈服后应变硬化效应。

拉胀织物具有更高的剪切刚度和显着的断裂韧性。因此，这些复合材料可有效克服具有多孔结构和低密度的拉胀泡沫砂浆（AFM）的低抗压强度所带来的挑战。

拉胀纤维增强水泥复合材料解决了传统水泥材料的许多缺点，包括延展性差、拉伸强度不足、 和低断裂韧性。

纤维的拉胀

拉胀纤维可用于多种领域，包括复合材料、个人防护服、室内装潢、绳索、绳索、渔网等等。拉胀纤维赋予这些应用领域的特性包括纤维抗拉拔性、纤维断裂韧性、能量吸收性、致密性和抗压痕性、抗冲击性等。

生物医学中的拉胀 

拉胀剂可以为假肢、手术植入物、缝合线/肌肉/韧带锚，甚至在心脏手术期间帮助打开血管的扩张器等生物医学细分领域做出重大贡献。 

拉胀在提高压电质量中的应用

电极可以 被建造 拉胀金属。这些电极可以通过将压电聚合物夹在中间或将压电陶瓷棒嵌入拉胀聚合物基质中来工作。它们具有显着增强压电性能的能力，并且可以将器件灵敏度提高至少两倍，最高可达一百倍。

拉胀剂在过滤器中的应用

使用拉胀泡沫和蜂窝过滤器清洁污染的过滤器是可行的。具体来说，拉胀内含物有助于将过滤孔调整到有效的尺寸和形状。它们还可以补偿污垢过滤器中压力积聚的影响。拉胀过滤器可以在两个方向上打开孔——沿着和横向于拉伸载荷的方向。

设计按需拉胀材料

正如上述部分所示，先进拉胀技术的使用正在迅速扩大，并每天扩展到新的应用领域。 为了满足这一需求，研究人员已经对按需设计拉胀材料进行了有价值的研究。

2022年， a 研究标题为“A 三步 按需设计拉胀材料的配方“ 已出版，其中 研究人员建立了一个统一的框架来描述二维完美拉胀 有潜在用途 在新材料的设计中。 

该研究很大程度上利用了旋转刚性单元和反铁磁自旋系统之间的自然联系。研究人员还详细阐述了促进出现拉胀行为的重要软盘模式的条件。 

该研究指出了新拉胀剂的三种设计：奇异晶体、彭罗斯准晶体和人们期待已久的各向同性拉胀剂。该研究声称，这些设计的拉胀性可以在小的结构扰动下保持稳健，并通过实验和数值模拟得到验证。 

研究理论通过最小模型代表每个设计。这些型号 是基于 多边形和弹簧可以捕捉这些模型对外部载荷的基本集体响应。 

研究人员希望能够直接模拟这些模型来测试材料的性能，同时忽略弯曲力。研究成果的另一个重大成就是其能够概括这些系统的拉胀畴壁和自然纹理的行为，因为它们与磁系统相似。

最后，参与这项研究的人声称它是开创性的，因为它可以建立创建的基本规则 前所未有的各向同性完美拉胀。 他们还希望这项研究能够应用于生产 3D 多面体材料。

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高级拉胀的未来之路

现在毫无疑问地证明，拉胀结构已经超越了单一设计阶段，进入了可以提供一系列功能的定制解决方案。它的演变见证了不同的元素二维图案、混合结构和创新的以性能为导向的维度升级。这一演变还见证了可能具有拉胀特征的材料清单的扩展。兼容材料现在包括聚合物、陶瓷、金属、生物材料、水泥、纺织品和水泥化合物。

多样化的结构模型和通用的制造模型——两者都得到了改进，导致了高刚性材料的拉胀行为。研究人员和技术人员也在研究拉胀材料的应力重新分布特性。 

然而，为了使拉胀学变得更加先进，必须克服一些挑战。例如，高速冲击下的性能以及变形和失效的机制需要更多的审查。在抗冲击实施方面还需要做更多的工作。对这些方面的充分关注可以使拉胀学成为一种具有巨大价值的科学技术特征。 日常生活。

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