Sunflower-pith-inspired anisotropic auxetic mechanics from dual-gradient cellular structures

辅助 各向异性 刚度 变形(气象学) 超材料 材料科学 物理 复合材料 光电子学 光学 生物 植物
作者
Yichao Xu,Yezeng Huang,Hao Yan,Zhandong Gu,Tianyi Zhao,Rong Zhang,Bing Pan,Leiting Dong,Mingjie Liu,Lei Jiang
出处
期刊:Matter [Elsevier BV]
卷期号:6 (5): 1569-1584 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.matt.2023.03.010
摘要

The sunflower stem pith is a natural, ultra-lightweight cellular material with superior mechanical properties that provides the required strong lodging resistance and high energy absorption efficiency. Here, we show that the sunflower pith exploits anisotropic auxeticity to adapt to changing environments. The characteristic dual-gradient structure of sunflower pith is found to be responsible for its anisotropic auxeticity. We demonstrate that the synergy of pore size gradient and the thickness gradient in sunflower pith’s microstructures leads to an alternative buckling deformation pattern at relatively larger strain, accomplishing both high energy absorption and sufficient high stiffness. Furthermore, the dual-gradient structure-based auxetic mechanism is used as inspiration to develop anisotropic auxetic cellular metamaterials. The design strategy for auxetic metamaterials revealed here can be extended into cellular structures with common convex polygons and provide insight into the design of auxetic cellular metamaterials for a wide range of realistic applications.
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