导读
负泊松比泡沫在受压时收缩，在受拉时膨胀，这种特性赋予负泊松比泡沫一系列优越的力学性能，如：抗剪和抗凹陷性、较好的韧性和吸能性。除了优越的力学性能，负泊松比泡沫还具备可变渗透率、同向弯曲性、形状记忆性等特性。负泊松比泡沫在生物、航空、智能传感器、软体机器人等诸多领域具有应用潜能，但由于受限于难以大规模制造、成品缺乏稳定性等原因，负泊松比泡沫目前还未能实现普及应用。自从负泊松比泡沫被制造以来，出现了诸多对负泊松比泡沫的研究和探索，成果也颇为丰富。但目前仍然存在诸多问题和难点亟待攻克。
为更好地推动负泊松比泡沫材料的发展，使这种极具价值的材料获得广泛研究和应用，近期，南京工业大学土木工程学院的任鑫副教授团队在Composites Part B : Engineering期刊上发表了题为“Manufacturing, characteristics and applications of auxetic foams: A state-of-the-art review”的论文。本文联合了包括英国埃克塞特大学Evans教授（领域鼻祖）、澳大利亚谢亿民院士、布里斯托大学Scarpa教授和英国谢菲尔德哈勒姆大学Alderson教授在内的领域内国际顶级学者，从负泊松比泡沫的种类、制造、变形机理、力学性能、应用等多个方面综述了负泊松比泡沫材料的研究成果和目前该领域内的机遇与挑战，引起了国际学者的广泛关注。
图1 传统泡沫和负泊松比泡沫在受拉作用下的形变特征
首个负泊松比泡沫在1987年由lakes制造并发表到《Science》后，负泊松比泡沫材料便成为了负泊松比超材料中的一个重要的成员，同时也引起了众多学者广泛而深入的研究。为了更快捷地获得优异的负泊松比泡沫，研究者在制造方法和泡沫种类选择上进行了诸多的研究，大量参数分析和工艺优化使得多种泡沫材料获得负泊松比效应。本文就首先从负泊松比泡沫的制造工艺入手，综述了目前为止负泊松比泡沫制造的各种工艺，为后续研究提供了负泊松比泡沫选材和工艺的参考。
图2．现存的负泊松比泡沫制造方法：（a）原始的热机械方法；引入（b）准三轴压缩模具和（c）带插销模具以实现均匀压缩；（d）采用预压缩工艺实现多级（渐进）压缩；（e）对回弹后泡沫进行二次热机械转化，获得二次加工且形状长期稳定的负泊松比泡沫试样.
图3．不同种类泡沫（以方格颜色表示）的最佳加热温度、体积压缩率和加热时间（以方格内数字表示，单位：分钟）参数组合.
深入了解负泊松比泡沫的微观结构和变形机理，不仅是探索有效制造方法的基础，而且是建立有效泡沫模型，以便进行数值分析和有限元建模的基础。基于负泊松比泡沫的模型也可以用于启发更多负泊松比结构的设计。
本文从三维模型、二维模型、图像技术和有限元模型三个类别对负泊松比泡沫的微观结构进行分类和阐述，对于各种类型的微观结构和模型进行了变形机理的综述，以负泊松比泡沫的变形引申出负泊松比材料的变形机理的共性探究。
负泊松比效应赋予负泊松比泡沫诸多优良的力学性能，负泊松比泡沫在刚度（抗变形）、硬度（抗凹陷）、韧性（抗破坏）上均有优异表现。本文综述了负泊松比泡沫在多种工况下的力学表现。
负泊松比泡沫实质上是从传统的泡沫材料转变而来的。这种转变带来了一系列非常理想的、传统泡沫不具备性能。因此，负泊松比泡沫不仅可以作为现有泡沫材料的替代品，更能作为特殊的功能材料。与传统泡沫材料相比，负泊松比泡沫材料更适合被用作垫子的充材料，其优越的吸能量和包裹性，可以进一步提高舒适性并减少褥疮的风险。负泊松比泡沫优越的特性对于运动应用中的防护设备也非常有吸引力，例如护垫、手套、头盔和雪上运动安全设备（防护衣和防撞屏障）。
除此之外，负泊松比泡沫还被证实在土木工程、医疗、智能传感设备等领域具有潜在应用价值。
从负泊松比泡沫的研究现状来看， 具有极大的研究价值，同时也存在诸多的研究难点。在本文的最后，作者提出了一系列展望和挑战，以阐述后续可研究的有前景的方向，推动负泊松比泡沫的发展和实际应用。负泊松比泡沫的研究内容涵盖多个领域，包括：防护工程、土木工程、传感设备等。为了使研究更加高效准确，负泊松比泡沫的有效建模也是目前领域内一个亟需攻破的难点。在材料科学方面，复合泡沫材料已经成为一大研究热点，而负泊松比泡沫的独特优势，在作为复合泡沫材料的基质上，同样存在巨大潜能。
图7．负泊松比泡沫在智能传感和材料科学上的应用价值该文对负泊松比泡沫材料的探讨与展望，有望为将来有志从事负泊松比超材料的学者开展更深入的研究提供具有价值的参考。
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.109733
任鑫，南京工业大学副教授，硕士生导师，师从澳大利亚工程院谢亿民院士、中国工程院田红旗院士。入选江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师、南京市中青年拔尖人才、国际负泊松比材料与结构科学委员会委员（中国大陆唯一）。已主持包括国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年项目、江苏省自然科学基金青年项目、江苏省留学回国人员创新创业项目在内的纵向项目8项。兼任国家自然科学基金函评评审专家（含海外优青），Nature Communications、Advanced Functional Materials、Composites Part B、Composite Structures、Engineering Structures等多种中科院一区TOP期刊审稿人。主要从事结构工程、新型材料与结构等方面的研究。
蒋慰，南京工业大学硕士研究生，主要从事新型材料与结构的研究，相关成果已发表在包括Composites Part B : Engineering, Composite Structures, International Journal of Impact Engineering等TOP期刊上。
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