[发明专利]零孔隙率NPR结构以及特定位置的NPR结构的调整

说明书

本构思包括零孔隙率结构，其具有排布成提供负泊松比的多个结构元件，此外，生成负泊松比的新机制是单一材料、零孔隙率结构。本公开涉及片结构或其一个或多个子部分沿一个或多个轴从具有正泊松比(PPR)至负泊松比(“拉胀”结构)的转变。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年2月20日提交的第62/118,819号美国临时专利申请和于2015年1月9日提交的第62/101,823号美国临时专利申请的优先权，两篇临时专利申请以它们各自的整体通过引用并入本文。

技术领域

本公开通常涉及具有负泊松比(“NPR”)的材料、以及使用这类材料的系统、方法和装置。

背景

当沿特定轴压缩材料时，最常观察到它们在正交于应用载荷的方向上延展。表征这种特性的性质是泊松比，泊松比可以定义为负的横向应变与纵向应变的比。多数材料的特征是正的泊松比，其对于橡胶而言为约0.5，并且对于玻璃和钢而言为约0.3。

当具有负泊松比的材料在压缩(或拉伸)时，会在横向收缩(或延展)，并且尽管原则上它们能够存在，但近期才证实了实际实例。表现负泊松比特性的材料常被称为“拉胀物”。许多调查结果表明，拉胀特性涉及到材料的微观结构与其形变之间的相互作用。发现具有立方晶格的金属、天然层状陶瓷、铁电多晶陶瓷和沸石均可以表现出负泊松比特性，从而提供了这种结果的实例。此外，已提出几种几何形状和机理以获得泊松比的负值，包括具有内凹(reentrant)结构的泡沫、分级层压制品、聚合物和金属泡沫。还使用由软光刻制造的复合结构在微米级证实了负泊松比效果，并且使用碳纳米管片组件在纳米级证实了负泊松比效果。

第5,233,828号美国专利(“‘828专利”)，Phillip D.Napoli，示出了用于高温应用的工程化结构部件(燃烧器衬里)的实例。燃烧器衬里通常用于燃气轮机的燃烧部分，但也可以用于燃气轮机的排气部分或其他部分，或者用于燃气轮机的组件，例如涡轮叶片。在运行中，燃烧器在极高的温度下(例如约3,000°F或更高)燃烧气体。为了防止这种剧热在排至涡轮机之前损坏燃烧器，将燃烧器衬里嵌入燃烧器以隔离周围的发动机。为了使横跨燃烧器衬里的温度和压力差最小化，通常提供冷却槽，如‘828专利所示。所述‘828专利示出了具有以连续图案布置、成角度穿过衬里壁的间隔冷却孔的环状燃烧器衬里的一部分。第8,066,482 B2号美国专利，James Page Strohl等人，示出了具有冷却孔的工程化结构部件的另一个实例，所述冷却孔成形为加强燃气轮机的期望区域的冷却并且降低冷却孔内和周围的应力水平。第EP 0971172 A1号欧洲专利，Dr.Jakob Keller，也示出了用于燃气轮机的燃烧区的有孔衬里的另一个实例。在另一个实例中，第2010/0009120 A1号美国专利申请出版物，Mary C.Boyce等人，公开了许多变化的周期性结构，其包括在施加临界宏观应力或应变时经历结构构型变化的弹性或弹塑性周期性固体(periodic solid)。PCT专利申请PCT/US2014/025324，哈佛大学校董委员会，特别公开了具有提供负泊松比特性的重复的细长孔的图案空隙结构。PCT专利申请PCT/US2014/024830，哈佛大学校董委员会，特别公开了具有工程化空隙结构的固体，该工程化空隙结构使在对该固体(具有正泊松比)施加应力时固体表现出假性拉胀(NPR)特性。工程化空隙结构提供了用于例如涉及燃气轮机燃烧器的应用的孔隙率。为了所有目的，全部上述专利文件通过引用以它们各自的整体并入本文。

发明概述

本公开涉及片结构或其一个或多个子部分沿一个或多个轴从具有正泊松比(PPR)至负泊松比(“拉胀”结构)的转变。