MATERIAŁY "UJEMNE": WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIA

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "MATERIAŁY "UJEMNE": WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIA"

Mariusz Kowalik
8 lat temu
Przeglądów:

1 MATERIAŁY "UJEMNE": WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIA Instytut Fizyki Molekularnej PAN, ul. M. Smoluchowskiego 17, Poznań i PWSZ im. St. Wojciechowskiego w Kaliszu, Nowy Świat 4, Kalisz kww@man.poznan.pl PoWieFoNa 2009, Mielno, PL, June 2009

2 Institute of Molecular Physics Polish Academy of Sciences (IFM PAN)

3 Nonlinear Dynamics and Computer Simulation Group (left to right): Dr. Mikołaj Kowalik, Dr. Konstantin Tretiakov, Prof. DSc. K. W. Wojciechowski, DSc. Arkadiusz Brańka, MSc. Eng. Jakub Narojczyk, MSc. Eng. Artur Pozniak (absent in this photo)

4 Inni: Prof. Andrew Alderson (University of Bolton, UK) Dr. Artur Duda (University of Wrocław, PL) Prof. Mirosław Dudek (University of Zielona Góra, PL) Prof. Joseph N. Grima (University of Malta, Malta) Dr. Attila Imre (KFKI, Budapest, Hungary) Prof. Rod Lakes (University of Wisconsin, USA) Prof. Bogdan Maruszewski (Poznań Univ. Technology, PL) Dr. Fabrizio Scarpa (University of Bristol, UK) Prof. Christopher W. Smith (University of Exeter, UK) Dr. Hab. Tomasz Stręk (Poznań University of Technology, PL)

5 Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Prezydenta Stanisława Wojciechowskiego w Kaliszu

6 PWSZ w liczbach: 10 lat działalności 10 kierunków i 22 specjalności w ofercie edukacyjnej 4 instytuty i 19 zakładów studentów absolwentów 278 pracowników naukowo-dydaktycznych, w tym 53 samodzielnych pracowników naukowych

8 Poznań Supercomputing and Networking Center

10 Materiały i modele Wykorzystywane w zastosowaniach praktycznych Wykorzystywane w badaniach naukowych Pozwalają na lepsze i wygodniejsze życie w Świecie, który nas otacza Umożliwiają zrozumienie Świata, który nas otacza

11 Materiały ujemne charakteryzują się anomalnymi właściwościami fizycznymi, które w przeciwieństwie do materiałów typowych opisane są ujemnymi współczynnikami materiałowymi, takimi jak: ujemny współczynnik Poissona, ujemny współczynnik rozszerzalności termicznej, ujemna ściśliwość. Materiały te są ciekawe z punktu widzenia badań podstawowych i wykazują właściwości ważne i pożądane w praktyce. Dlatego potrzebne jest możliwie najpełniejsze ich: poznanie, zrozumienie, opis i przewidywanie własności. Jednym ze sposobów osiągnięcia tych celów jest tworzenie modeli makro- i mikroskopowych, które można skutecznie rozwiązać. Narzędziem badawczym jest komputer.

12 Własności mechaniczne materii ujemny współczynnik Poissona AUXETYKI

13 Współczynnik Poissona to ujemny stosunek względnego poszerzenia do względnego wydłużenia, gdy zostanie przyłożone infinitezymalne naprężenie rozciągające ν αβ = ε ε ββ αα = S S ββαα αααα

14 Zwykłe zachowanie Anomalne zachowanie (dodatni współczynnik (ujemny współczynnik Poissona) Poissona) Materiał auksetyczny

15 Some properties of materials with ν<0 (more in the Web)

17 The negative response in 3D

18 The negative response in 3D

19 The negative response in 3D

20 The negative response in 3D

22 Negative response of auxetic media in 2D with: Artur Poźniak, Henryk Kamiński, Przemysław Kędziora, Bogdan Maruszewski, and Tomasz Stręk

23 Deformation of constrained square under tension at PR = 0

24 Anomalous deformation of constrained auxetic square under tension at PR = - 0.5

25 Anomalous deformation of constrained auxetic square under tension

26 Anomalous deformation of constrained auxetic square under tension at PR =

27 Some applications of materials with ν<0

28 Modelowanie auksetyków na poziomie molekularnym

29 Prosty model mechaniczny z ujemnym współczynnikiem Poissona. UWAGA: Układ z PR = -1 zachowuje kształt. Zatem trzeba ustalić kształt!

30 Miękkie cząstki bez rotacji

31 Fazy auksetyczne

32 Simple thermodynamic models of molecules spontaneously (!) forming stable, high symmetry phases of negative Poisson s ratio

33 σ σ C L Trimers with the site-site (SS) and centre-centre (CC) interactions.

34 The MC 'proof' that the SSCC hard cyclic trimers form a stable triangular lattice

35 Dashed line represents the exact solution at T=0 and the circles correspond to simulation results at T>0. Molecular motions (T>0) decrease the Poisson s ratio in the close packing limit with respect to the static case. The Poisson s ratio decreases also with increasing molecular anisotropy. For the hexamers/trimers of small anisotropy, changing T one can switch between positive and negative Poisson s ratio. ν(v* 1) (a) (b) α K.W.W., Simple systems of unusual elastic properties, in Slow Dynamics in Complex Systems, Eds. M. Tokuyama and I. Oppenhaim, AIP,

36 The same effects work also in 3D! No isotropic solid can be obtained in 3D by the symmetry alone! The highest symmetry is reached in cubic crystals.

37 r44=s44/s

38 O tym jednak innym razem!

39 Destructive role of disorder.

40 An example: J. Narojczyk and K.W.W., Journal of Non-Cryst.Solids 352, (2006). Elastic properties of two-dimensional soft discs of various diameters at zero temperature

41 An example: J. Narojczyk and K.W.W., Journal of Non-Cryst.Solids 352, (2006). Elastic properties of two-dimensional soft discs of various diameters at zero temperature

43 An example: R.S. Lakes and K.W.W., Phys. Status Solidi b45, (2008) / DOI /pssb Negative compressibility, negative Poisson s ratio, and stability

44 Negative bulk modulus for ideal auxetic structures!

45 PRZYPOMNIENIE: Układ zachowujący kształt

46 An example: R. Lakes and K.W.W., Phys.Stat.Solidi b45,545(2008) Negative compressibility, negative PR, and stability QM

47 Negative thermal expansion

An example: R.S. Lakes and K.W.W., Phys. Status Solidi b45, 545 551 (2008) / DOI 10.

48 An example: R.S. Lakes and K.W.W., Phys. Status Solidi b45, (2008) / DOI /pssb Negative compressibility, negative Poisson s ratio, and stability

49 WNIOSKI: 1) Wykorzystując bardzo proste cząstki potrafimy stworzyć fazy auksetyczne (tzn. fazy z ujemnym współczynnikiem Poissona). 2) Obecność więzów umożliwia wystąpienie ujemnej ściśliwości (ujemnego modułu objętościowego).

50 Dziękuję za uwagę

Podobne dokumenty

Tytuł pracy w języku angielskim: Physical properties of liquid crystal mixtures of chiral and achiral compounds for use in LCDs

Tytuł pracy w języku angielskim: Physical properties of liquid crystal mixtures of chiral and achiral compounds for use in LCDs Dr inż. Jan Czerwiec Kierownik pracy: dr hab. Monika Marzec Tytuł pracy w języku polskim: Właściwości fizyczne mieszanin ciekłokrystalicznych związków chiralnych i achiralnych w odniesieniu do zastosowań