想象一下拉动一块矩形橡胶的长端。它应该变得更窄更薄。但如果它变得更宽更胖呢?现在，把同样的两端推进去。如果橡胶变得更窄更薄呢?

这种违反常识的材料确实存在。这种材料被称为“辅助材料”，它们有许多独特的特性，非常适合做运动鞋鞋垫、抗炸弹建筑、汽车保险杠和服装。

尽管潜力巨大，但增塑剂产品进入市场的速度很慢。美国国家标准与技术研究院(NIST)和芝加哥大学的研究人员希望改变这种状况。

在《npj Computational Materials》杂志上发表的一项新研究中，他们宣布他们已经开发出一种新工具，可以使设计具有auxetic特性的材料变得更加容易和快速。作为一种算法，该工具可以实现auxetics的精确三维设计。

“这是辅助学的巨大进步，”NIST材料研究工程师Edwin Chan说，他是这项研究的合著者。“我们实际上可以优化材料，使其具有你想要的任何特定的机械性能和行为。”

弹性材料的行为部分由泊松比来描述，它解释了当你在一个方向上拉伸或挤压材料时，材料是如何改变形状的。

大多数材料都有正的泊松比，这意味着在一个方向上挤压它们会使它们在其他方向上变宽或变厚。拉伸它们会使它们更窄或更薄。

补体的泊松比为负值，而泊松比恰恰相反。

当你打孔一种非塑性材料时，它会变薄并向横向膨胀。当你打孔时，材料会聚集起来，宽度变窄。在适当的情况下，这提供了更大的抗冲击能力。

例如，如果你击打一个装满水的袋子(就像你徒步旅行时携带的那样)，里面的水会从撞击点流出。但是，如果当你击打袋子时，袋子里充满了泡沫，那么这种材料就会变得更致密、更硬。

这就是增塑剂被考虑用于建筑和汽车的原因之一。它们有可能提供更好的保护，防止爆炸和碰撞。在运动鞋的鞋垫中，助缩凝胶或橡胶泡沫可能会在脚撞击地面时更好地起到缓冲作用。

在服装方面，增塑剂尼龙、纤维和其他合成材料可能比传统材料更舒适。由于它们在拉伸时变宽，因此更有效地将压力分散到全身，潜在地缓解背部、关节、颈部或肩部的压力。一项关于在胸罩带中使用增塑剂的研究发现，“增塑剂聚酯和尼龙结构表现出显著的压力分布能力。”

由NIST和芝加哥大学的科学家设计的设计工具是一种“逆设计”算法，这意味着用户可以输入他们想要的补充材料的泊松比值。然后，该算法提出了材料的优化结构。

泊松比的另一种表达方式是，它描述了当其中一个变化时形状和体积之间的关系。新的算法允许对这种关系进行微调，以创造出你在自然界中找不到的行为方式的补体材料。

NIST材料研究工程师Marcos Reyes-Martinez说:“我们的研究是理论、实验和计算科学共同努力实现新事物的一个美丽例子。”“找到一种让助听器变得更好的方法，将使它们在我们的日常生活中变得更加普遍。”

研究人员已经为该算法以及底层方法及其使用3D打印的实现申请了专利。

这个故事由NIST重新发布。点击这里阅读原文。

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