發表時間：2016/11/18
材料的泊松比定義為垂直於載荷方向的應變與載荷方向的應變之比的負值，用公式表示為v=-εy/εx，其中，εy表示載荷方向的應變，εx表示垂直於載荷方向的應變。通俗來講，負泊松比材料在一個方向受到拉伸時，垂直於該方向變寬；在一個方向受到壓縮時，垂直於該方向變窄，故又稱為拉脹材料。
通常大多數材料的泊松比值都為正，約為1/3，而橡膠類材料為1 /2，即這些材料在拉伸時橫向發生收縮。而負泊松比效應（NPR），是指受拉伸時材料在彈性範圍內橫向膨脹，受壓縮時橫向反而發生收縮。這種現象在熱力學上是可能的，但通常材料中並沒有普遍觀察到負泊松比效應的存在。近年來發現的一些特殊結構的材料具有負泊松比效應，由於其獨特的性能而倍受材料科學家和物理學家們的重視，利用紡織技術開發NPR材料的研究和應用也越來越引起關注。
目前，設計生產負泊松比紡織材料有兩種方法。第一種方法是將具有增大效果即具有負泊松比效應的紗線編織成織物。另一種方法是使用傳統纖維編織成具有增大效果的織物結構。針織物由於其自身結構的靈活性而利於開發負泊松比織物，負泊松比織物在經編和緯編領域都有所發展，尤其是在經編間隔織物和橫編織物方向。
負泊松比二維經編織物：採用高彈性紗線襯入常規經編六角網眼，下機後高彈性紗線自然回縮，帶動原六角網眼收縮，形成內凹形的六角網眼。對其施加縱向拉伸力時，彈性紗作用下收縮後的內凹六角網眼就會展開，呈現拉脹效應。
負泊松比三維經編織物：通過對織物組織的設計和後整理措施，使六角網眼發生有序的左右歪斜，在充分收縮的前提下進行定形整理，使其變形更加穩定，持續性更久。在受到拉伸時，與常規狀態下的六角網眼經編間隔織物就呈現出截然相反的變形。目前已研究出的經編間隔織物不僅在織物平面內具有拉脹性能，在織物厚度方向同樣具備該性能，與常規間隔織物相比，它還具有更好的球面貼合性。
負泊松比二維緯編（橫編）織物：可利用電腦橫機良好的成形性，沿著橫列方向連續編織單獨的矩形單元，並使它們在頂點處相互連接，第一橫列和最後一橫列均使用高強彈性橡膠紗，使用彈性橡膠紗連接矩形單元可有效增強結構受拉伸後的回覆性能。其模型結構在兩個主方向上均具有負泊松比性能，而在生產出的實際織物中只有在橫向受到拉伸時才具有負泊松比性能。
負泊松比三維緯編（橫編）織物：摺疊結構的針織物可以通過正反線圈的結合而獲得。正反線圈鋸齒形排列形成的織物會發生皺摺收縮形成鮮明的三維立體效果，摺疊展開後結構變大，展現出負泊松比效應。織物越彎折，其曲折紋路越密集，負泊松比效應越明顯。後來又提出了正反線圈矩形排列形成的織物和正反線圈在水平和豎直方向上條形排列形成的織物。
負泊松比針織物的應用主要有以下幾個方面。
1. 防護用紡織品
由於負泊松比材料具有良好的能量吸收性和形狀貼合性，它可適用於防護服裝和裝備，如賽車、賽馬、滑冰等危險性較高的運動中，可減少衝擊力對人體造成的傷害。護具一般都用於手肘、膝蓋等人體易受傷部位，而目前多由透氣性較差的泡沫製成。三維負泊松比織物透氣性優良，受彎曲時可呈現圓拱形，與人體手肘和膝蓋的形狀更易貼合，提高了人體舒適性和活動自由度。同樣，該種織物還可用於防震手套、防彈背心等領域。
2. 特定需求用紡織品
童裝、孕婦裝、女性文胸等尤其需要織物的負泊松比性能。負泊松比織物易於在橫向和縱向同時延伸，使得合身的衣服可供小孩穿較長時間，避免頻繁購買的同時也保證合身性。孕婦裝的腰腹部採用負泊松比織物可自然地形成貼合腹部形狀的圓拱形，同時不會產生太大壓力。同樣，負泊松比間隔織物可生產無需過多裁剪的女性文胸，其球面貼合性優於傳統織物，透氣透溼性也優於傳統海綿。
3. 醫用紡織品
在生物醫學領域，負泊松比織物還可用於脊柱內固定器、人造成形瓣膜、人造血管、食管內支架等。與傳統的人造血管不同，管狀負泊松比織物製成的人造血管在收到拉伸時直徑可變大，很大程度上緩解由於動脈硬化、血栓等疾病對人體造成的危險。另外，負泊松比織物還可製作醫用智能繃帶，在繃帶內攜帶不同功能的藥劑，可根據傷口腫脹的程度釋放出相對應的藥物，輔助傷口癒合。
4. 複合材料增強結構
將負泊松比織物作為複合材料增強體，如用於製造夾芯板，可大大提高其安全性。用於防爆窗簾，可在受到爆炸發散出的衝擊波時有效捕捉隨之而來的各種碎片。由於其良好的球面貼合性，該種材料在用於頭盔中，在一定程度上緩解衝擊力，儘量減小對頭部的傷害。
5. 車用紡織品
將負泊松比織物用於汽車安全帶，當人體在慣性條件下向前傾倒時，一般的安全帶在受到拉伸時會變窄，而負泊松比材料的安全帶會整體擴展，從而減弱衝擊壓力集中對人體造成的傷害。另外，這種材料還可用於兒童座椅面料，目前兒童座椅中多採用海綿面料，倘若採用負泊松比材料作為兒童座椅面料以及兒童安全帶，不僅可以提高其舒適度，而且在安全性方面也有很大提升。
6. 其他應用領域
在其他領域方面，孔隙結構的負泊松比材料，如內凹蜂窩狀材料，在受到拉伸時孔隙會在雙向都展開，可用於過濾器中；另外，由於其體積模量較低，它可用於傳感器中，如水聽器等。在航空領域，它還可以用於太空飛行器發動機的風扇葉片、熱防護材料、飛機前錐部分、翼段等。負泊松比材料製成的緊固件比常規材料更易於安裝插入，其徑向尺寸在一定公差內可比孔大，安裝時受到軸向壓力使其直徑也變小，從而便於安裝。安裝好後去除軸向壓力，在軸向延伸的同時發生徑向延伸，從而可以防止緊固件的滑移。