具有形狀記憶功能的負泊松比結構材料的研究進展

李思明， 胡雨潔， 方鎂淇， 賀 燕， 賀錄祥， 趙 晨， 肖學良

(江南大學 生態紡織教育部重點實驗室，江蘇 無錫 214122)

負泊松比結構材料，在彈性范圍內，受拉伸時橫向發生膨脹，被壓縮時橫向發生收縮[1]。這種特殊的形變效應，使得負泊松比結構材料在眾多領域中具有巨大的潛在應用(如用于航空航天、醫療衛生、建筑等領域的某些特殊零部件[1-2])。這種變形效應具有良好的能量吸收作用，可有效保護被其覆蓋的器件或結構。因此，具有防護性能的負泊松比結構材料得到學者的廣泛關注，目前已有少量的負泊松比結構材料投入到安全防護產品的研制和生產中。

負泊松比結構材料及產品，具有獨特的應力應變、高切變模量、斷裂韌性以及沖擊回彈性等性能，受到外力拉伸時橫向膨脹(壓縮時橫向收縮)，產生與外力相反的作用力，可減緩外力作用，起到更好的抗沖擊、抗斷裂防護效果，由此制成的緊固件或安全帶等防護材料具有高效防護性能。然而，自然界中負泊松比結構材料極其有限，絕大多數負泊松比結構材料為人工研制。近年來，許多學者致力于探求負泊松比材料的結構規律，設計負泊松比結構與智能材料復合工藝，拓展負泊松比結構材料的界限，擴大其使用范圍。

形狀記憶聚合物具有可設定初始狀態，通過改變外界條件，刺激材料回復到初始形狀的特點，因此形狀記憶聚合物具有受刺激主動變形的特征。將形狀記憶聚合物與負泊松比結構材料結合，可以研發出具有智能性的負泊松比結構材料[3]。文中分別從微觀和宏觀兩方面綜述了負泊松比結構材料的研究進展，并對二維和三維負泊松比結構與記憶材料的結合加以歸納；分析各種負泊松比結構的作用機理，總結具有形狀記憶屬性的負泊松比結構材料特征、應用及研究進展，展望其未來發展方向。

1 負泊松比結構材料制備方式的研究狀況

1.1 化學方法

從微觀角度制備負泊松比結構材料，可通過化學合成的方式實現，如由不同原子或分子之間的相互作用產生微觀的負泊松比效應。KOU Liangzhi等[4]利用第一性原理(即根據原子核和電子相互作用的原理及其基本運動規律，運用量子力學原理，從具體要求出發，經過一些近似處理后直接求解薛定諤方程的算法)合成的氫化硼苯酚(硼烷)顯示出強大的Dirac傳輸物理性能。實驗表明，由于具有獨特的折疊三角鉸鏈結構以及鉸鏈二面體角在扶手椅方向上拉伸應變的變化，硼烷表現出令人意外的負泊松比性能，故在微電機和納米電子器件中具有巨大的潛在應用。QIN Huasong等[5]通過分子動力學模擬發現，波紋石墨烯的泊松比隨縱橫比(波長上的振幅)的增加而降低，波紋狀石墨烯具有較大的斷裂強度，同時表現出強大的韌性。MORTAZAVI B等[6]探討單層和獨立式Mo2C的力學和光學響應，發現合成的Mo2C薄片具有負泊松比效應。實驗表明，當彈性特性在不同加載方向接近時，應力-應變曲線的非線性區域有很大的不同。模擬結果顯示，Mo2C薄膜在單軸加載下仍保持金屬電子特性，其介電函數在平面內和平面外都呈現各向異性，這為Mo2C薄膜在納米器件中的實際應用奠定了基礎。QIN Rui等[7]在研究負泊松比材料過程中，用第一性原理證實了新合成的半氟化石墨烯二維凸結構中平面內負泊松比的存在性，這種非傳統的負泊松比不能用傳統的剛性力學模型解釋，而是因為鍵角應變大于鍵應變。然而，目前已知的微觀結構負泊松比材料的種類較少，并且制備負泊松比材料的條件相對苛刻，實驗條件復雜，加工工藝精度要求高，所以通過化學合成方式制備的負泊松比結構材料，負泊松比效應不明顯，成本也較高。

1.2 物理方法

從宏觀角度構筑負泊松比結構的研究較多，報道負泊松比結構的種類也日益增多。例如，六邊形蜂窩結構、內凹六邊形結構、雙箭頭型胞元結構、星型胞元結構、旋轉剛體結構、手性結構等[8]。紡織加工技術(如經編間隔織物或編織織物)具有靈活構筑負泊松比結構的優勢，將負泊松比紡織結構材料應用于服裝領域，特別是功能服裝的局部，負泊松比效應的吸能作用可對穿戴者起到良好的防護作用；利用負泊松比紡織面料的適形性可以制作更多款式和花樣的服裝，為服裝的時尚性、功能性和智能性提供更多的材料選擇。例如，SAMUEL C U等[9-10]和ALDERSON K等[11]設計了六角形經編織物，這種織物以鏈狀結構為底面結構，由2～6把梳櫛編織而成，織物襯緯紗模量和剛度較大。當織物受到經向拉伸時，其彈性伸長率較普通織物降低，在拉伸過程中紗線伸直導致線圈縱向膨脹，產生負泊松比效應。LIU Yanping等[12]和HU Hong等[13]利用內旋折疊矩形銜接結構、內旋折疊結構和內凹六邊形結構，織出具有較大尺度的拉脹性針織物，在電腦橫機上設計織造了不同結構參數的負泊松比效應緯編針織物，并建立負泊松比效應與結構參數的關系。實驗結果表明，通過選擇合適的幾何結構和針織圖案，在橫機上生產具有負泊松比效應的針織物是可行的。對于給定的織物結構，通過改變結構參數可以得到不同的負泊松比值，并且折疊越緊密的織物負泊松比效應越好。

基于紡織加工技術的負泊松比結構有一定規律但種類仍相對單一。六韌帶手性蜂窩結構和星型負泊松比結構分別如圖1和圖2所示。圖1中具有六韌帶手性蜂窩結構材料的負泊松比性能優于蜂窩形和星型(見圖2)等其他負泊松比結構材料，而且六韌帶手性蜂窩結構材料在受到均勻平壓時耐屈曲強度更好。此外，手性結構材料承受大撓度時變形能力出色，隔振與隔聲性能好[14]。

圖1 六韌帶手性蜂窩結構

圖2 星型負泊松比結構

目前，獲得具有負泊松比效應的紡織材料主要有以下3種方法：

1)材料的改良。通過設計和制備特殊的高分子材料可以實現纖維和織物的負泊松比效應[15]。WEBBER R S等[16]詳細介紹了一種制備負泊松比聚合物的熱處理方法，所制纖維材料負泊松比可低至-4。ALDERSON K L 等[17]等改進了傳統的聚合物纖維加工技術(熔融紡絲)，生產出一種高性能的負泊松比聚合物纖維材料，得到負泊松比為-0.6±0.05。ALDERSON K L等[18]提出一種類似于陶瓷燒結技術的新型工藝路線，省去聚合物粉末制備過程中的擠壓環節，制備的纖維泊松比可達到-0.32。因此，現有的紡絲技術要實現良好負泊松比纖維材料仍存在一定的難度，且工序繁瑣，普通材料制得負泊松比纖維的負泊松比效應較差。為了設計出具有良好負泊松比效應的材料，在制備過程中加入形狀記憶聚合物，可達到更強的吸能效果和抗沖擊防護性能。ZHANG Dongxing 等[19]采用集成3D打印技術(I3DP)制備可伸縮的金屬/聚合物材料，可以實現負泊松比效應，且具備高強度、超低密度、高壓縮性和良好的彈性。具體方法是：將原子轉移自由基聚合(ATRP)引發劑與紫外光固化樹脂結合，再把表面引發的ATRP進行聚電解質刷(PMETAC)接枝，最后利用化學鍍技術形成金屬鍍層，從而實現I3DP。與聚合物結構材料相比，在沉積190 nm銅層時，金屬-聚合物結構材料的壓縮應力可以加倍。中空金屬材料具有可調節的泊松比，并且具有更好的可恢復性，在壓縮30%后，它幾乎可以完全恢復到其原始形狀。因此，這種I3DP方法從分層設計和制造靈活性兩方面為元結構提供了可行性方案。

2)結構的改變。通過設計負泊松比結構或改變正泊松比結構，使其獲得更優異的負泊松比效應。楊杰等[20]和DONG Erbao等[21]設計了負泊松比柔性蜂窩芯結構、可變面積蒙皮結構、零泊松比柔性蜂窩芯復合蒙皮結構以及超彈性蜂窩芯復合蒙皮結構。其中，超彈性蜂窩芯復合蒙皮結構是將蜂窩結構和記憶合金材料結合，可方便且精確地調節蜂窩結構的形狀、尺寸等結構參數。通過選用合適的形狀記憶聚合物，使該結構在強度、承載剛度、質量和驅動力等方面實現大范圍的靈活調節，所制成品既能大幅度連續光滑變形，又有足夠剛度承受氣動載荷，最大限度地滿足產品的實際需求[22]。姚永濤等[23]發明了一種可展開反射鏡鏡體，將負泊松比結構和雙曲率結合，反射鏡鏡體具有結構簡單、輕量化、展開體積和收縮體積大的特點。除此之外，該產品在反復折疊與展開后仍能夠一次張開成型，可靠性高、穩定性強。

3)智能材料的應用。在傳統的負泊松比結構基礎上，應用形狀記憶聚合物纖維材料，提高負泊松比的應變能力和智能可控性，提升負泊松比效應。杜昀桐[24]針對雙箭頭蜂窩和六邊形蜂窩兩種結構，研究了基于形狀記憶聚合物的可變形蜂窩結構材料力學性能。實驗結果表明，形狀記憶聚合物的應用可以優化蜂窩結構的負泊松比性能。利用形狀記憶聚合物的記憶屬性和蜂窩結構的負泊松比性能，使負泊松比材料具有更強的能量吸收性能，以及突出的大撓度變形能力和防護性能。

2 負泊松比材料的結構設計研究進展

2.1 二維結構

負泊松比二維結構材料是通過負泊松比單胞(元)結構在X，Y軸方向周期性重復排列而成[25]。具有二維負泊松比效應的材料包括天然材料、聚合物膜、織物和復合材料4大類[26]。

蒙皮材料是一種用黏接劑和鉚釘固定在骨架上、包圍在機翼骨架外的錐形構件。蒙皮材料是現代飛行器的重要組成部分，是飛行器飛行過程中承載的重要部件。提高飛行器承載時的結構變形能力，可從材料選擇和結構設計兩個方面入手。研究人員利用負泊松比結構材料實現蒙皮結構變形能力的提升，或者使用智能材料設計出可變形蒙皮結構。其中，常見的是使用形狀記憶聚合物的蒙皮結構，包括形狀記憶合金剛度蒙皮和形狀記憶聚合物柔性蒙皮，這種蒙皮在機翼內部呈現出蜂窩結構，具有增強機翼沖擊回彈性的能力。楊杰等[20]和DONG Erbao等[21]將負泊松比柔性蜂窩結構應用于面積可變的蒙皮結構設計，在此基礎上提出了零泊松比柔性蜂窩芯復合蒙皮結構，引入了“柔性機構”設計思想，將蜂窩結構和形狀記憶聚合物結合，夾層內芯采用經特別設計的柔性蜂窩結構，在蜂窩芯結構的表面覆蓋硅膠等柔性材料或形狀記憶聚合物等功能性材料，從而形成了“超彈性蜂窩芯復合蒙皮結構”，具體如圖3和圖4所示。這種內層蜂窩芯結構在變形方向具有超彈回復性，且在不變形的方向上具有較強的承載能力。同時，他們還改進了加工工藝，將狹長六邊形蜂窩單元肋壁作圓弧化過渡和連接點改進，優化后的結構解決了連接拐點存在的應力集中等問題，在此基礎上研制出了新型“類蛇形環構型”超彈性蜂窩芯復合蒙皮結構，具體如圖5所示。

圖3 蜂窩內凹型負泊松比結構

圖4 超彈性蜂窩芯復合蒙皮結構原理示意

圖5 單軸向伸縮大變形蜂窩復合柔性蒙皮結構的優化結果示意

姚永濤等[23]發明的一種可展開反射鏡鏡體，基于雙曲率的負泊松比蜂窩結構是由鋪設層和具有雙曲率的負泊松比蜂窩結構層組合而成，具體如圖6所示。圖6中結構層的形狀為拋物面形，由形狀記憶聚合物材料制成；內表面為鋪設層，以金屬材料及碳化硅或碳化硅基的復合材料組成。該反射鏡鏡體以手型蜂窩結構作為展開部件和剛性支撐裝置，使整個鏡體結構簡單、輕量，減少了機械傳遞過程中的沖擊，整個系統穩定、可靠。在此基礎上，姚永濤等[27]又發明了一種應用于顯示器的柔性背板，由負泊松比蜂窩結構和形狀記憶聚合物結合而成，具體如圖7所示。圖7中，結構層選擇了形狀記憶聚合物和復合材料，鋪設層選用碳纖維及其復合材料、碳化硅纖維及其復合材料、銅絲、鎳絲或碳基納米紙。鋪設層位于結構層的中央平面，均勻平鋪，配有兩個電極的引出端。通電時，鋪設層開始發熱，結構層的溫度隨之上升，當結構層材料達到玻璃化轉變溫度時，再對蜂窩結構施加外力，以實現柔性背板變形。另外，GRIMA J N等[28]發現石墨烯可以通過引入空位缺陷的方法制造出迄今為止最薄的負泊松比材料，其負泊松比效應可通過納米級技術實現。

圖6 基于雙曲率的負泊松比蜂窩結構

圖7 柔性背板結構示意

大量研究表明，在受力作用時，二維負泊松比結構材料只在兩個維度上產生變形，吸能作用不理想。為了增強二維負泊松比結構材料吸能作用，研究者主要采用改變其結構或與其他材料結合兩種方法，如上述提到的超彈性蜂窩芯結構以及顯示器柔性背板都是將二維負泊松比結構和形狀記憶聚合物相結合，達到提高材料強度、韌性、變性能力等物理機械性能的目的[29]。

2.2 三維結構

由于二維負泊松比結構材料在受到外力作用時，只在長度和寬度兩個維度上變形，而在高度方向上并無改變，故應用受限。因此，人們根據工業發展需要，在一些二維負泊松比結構的基礎上逐漸開發出具有三維負泊松比結構的材料。與二維負泊松比結構材料相比，三維負泊松比結構材料在長、寬、高3個方向上均有一定的變形能力和吸能作用，因此在航空航天、工程制造、醫療衛生等領域具有顯著的優勢和廣泛的應用前景[30]。

FU Minghui等[31]基于手性蜂窩的旋轉機理，提出了一種新的三維輔助材料設計方法。用三手性、六邊形手性蜂窩結構取代四手性蜂窩層，可以得到負泊松比的三維手性結構材料。此外，在小形變條件下，三維材料的形變以結構中韌帶和桿的變形為主，說明三維輔助材料的彈性性能幾乎與材料的彈性無關，而與結構相關。因此，對連接處的環進行形狀設計，可使材料在大形變條件下獲得更好的力學性能。

張偉等[32]將一種新型負泊松比三維多胞結構應用于汽車吸能內芯，圖8為這種負泊松比結構的單胞有限元模型，圖9為由單胞有限元模型組成的吸能內芯，圖10為新型負泊松比效應的吸能盒。圖11為采用薄壁梁結構的普通汽車吸能盒。與普通汽車吸能盒(見圖11)相比，改進后的吸能盒(見圖10)等效負泊松比可達到-11.97。由圖8可以看出，兩個二維元胞結構相互垂直交叉，再在空間3個方向重復排列，從而形成具有各向異性、呈雙內凹三角形的三維元胞。這種各向異性的結構雖然能擴大三維元胞負泊松比值的變化范圍，但會使三維結構的應用受到方向性限制，即負泊松比效應只能發生在對稱軸方向上[33]。

圖8 負泊松比效應的單胞有限元模型

圖9 雙箭頭型的負泊松比吸能內芯

圖10 新型負泊松比效應的吸能盒

圖11 傳統吸能盒的有限元結構模型

于是，楊星等[34]對基于這種三維多胞結構設計出的汽車吸能盒進行優化，使其在低速碰撞情況下也能發揮出優異的吸能作用，實現減振、隔振效果。但實驗使用的是輕質、大剛度鋁合金，存在加載易變形的缺陷。以形狀記憶合金替換鋁合金后，由于形狀記憶合金具有偽彈性(又稱超彈性)，可以促使吸能盒形狀在大應力作用時隨著卸載的進行逐漸恢復。因此，在負泊松比結構材料中利用形狀記憶材料強大的變形恢復能力，可使吸能盒防護效果更好。

三維負泊松比結構的材料具有較高剪切模量、斷裂韌性、能量吸收性能和較好的耐高壓性能，許多研究者致力于將記憶材料與其相結合，這也成為了近年來形狀記憶功能產品研究中一個具有代表性的分支。這種方法不僅能有效增加材料的變形能力，提高其機械性能，而且賦予傳統的負泊松比結構材料感知、驅動、控制(主動變形)的功能[35]。這種具有智能特性的負泊松比結構材料的應用前景廣泛，特別是在生物醫學、航空航天、體育用品等領域展現出了廣闊的前景。

吳文征等[36]研究了一種可降解負泊松比形狀記憶聚合物材料制造的血管支架，具體如圖12所示。此血管支架以具有三維負泊松比效應的旋轉剛體結構為基本重復單元[37]，具體如圖13所示。當這種旋轉剛體結構受到橫向壓縮時，通過連接處的鉸鏈旋轉、內部空隙閉合可以實現縱向收縮。該旋轉剛體使用的記憶材料為聚左旋乳酸、乳酸和己內酯共聚物、多嵌段聚(酯-氨酯)、聚氨酯/聚己內酯混合物、外消旋聚乳酸與羥基磷灰石混合物或可降解聚氨酯，具有天然可降解性；植入前通過高溫高壓、降溫固定的方式進行壓縮，再進行微創植入；經熱、電磁刺激或超聲刺激可自主全方位同時擴張，起到固定血管位置的作用。同理，也可將具有形狀記憶功能的形狀記憶合金應用于人造骨骼、牙科正畸器、栓塞器、血栓過濾器和手術縫合線等生物醫療器械中。通過將形狀記憶材料賦予負泊松比效應，使其同時具有可控性、防護性，可提高患者的安全保障[38]。

圖12 可降解負泊松比形狀記憶聚合物的血管支架

圖13 負泊松比結構單元的旋轉剛體結構

周一一等[39]研究了一種三維負泊松比結構的周期性多孔材料，它是由基本模塊壓縮的兩種旋轉模塊交替拼接而成，基本模塊包括第一正交部、第二正交部以及連接部。兩種旋轉模塊最大的差別為兩正交部是向外凸出或者向內凹陷，向內凹陷時，連接部向外凸出，產生負泊松比效應。此外，常玉萍等[40]采用經編間隔編織技術構建具有較好負泊松比效應的三維結構，分析負泊松比經編間隔六角網眼織物的幾何模型，同時在拉舍爾雙針床經編機上完成試樣織造。實驗結果表明，初始狀態下織物在3個軸向發生變形，其中Y軸的收縮變形對其負泊松比效應影響最大；另外，織造過程中的一些因素對織物負泊松比效應也會產生影響，如紗線支數、織物上機密度、機號、間隔紗倒伏性、間隔紗組織是否連續同向墊紗等。

對二維負泊松比結構進行簡單循環排列可以得到三維負泊松比結構，也可直接通過三維交織結構實現制品的負泊松比，如三維機織結構[41]。研究發現，三維編織復合材料的泊松比效應優于各向同性的均質材料或復合材料疊層板，在某些情況下其負泊松比甚至達到0.6以上[42]。此外，可以對三維的負泊松比結構進行選擇性改造，在三維織物的經紗、緯紗、接結紗中使用形狀記憶聚合物，將這類具有形狀記憶性能的三維負泊松比結構材料應用于航空航天、工業建筑領域，提高材料的形狀可控性和防護性。

3 形狀記憶聚合物在負泊松比結構材料中的應用

形狀記憶聚合物是指具有初始形狀的制品在一定的條件下改變其初始條件并固定后，通過外界(如熱、電、光、化學感應等)的刺激又可恢復其初始形狀的高分子材料[43- 44]。根據外界刺激源的不同，形狀記憶聚合物包括熱致型、電致型、光致型、磁致型和化學感應型形狀記憶聚合物。目前，研究最為廣泛的為熱致型、光致型以及電致型形狀記憶聚合物[45]。其中，光致型形狀記憶聚合物又可分為光熱效應型和光化學反應型形狀記憶聚合物；電致型形狀記憶聚合物細分為碳質填料填充類和金屬填料填充類形狀記憶聚合物[46- 47]。在形狀記憶聚合物的基礎上制備的形狀記憶纖維和板材因其獨特的形狀記憶性能，已經應用于醫用器材[48-49]、微創手術[50-51]以及生物醫學領域[52-53]。如利用形狀記憶聚合物制成手術縫合線，經過預拉伸后，這種手術縫合線可以隨著人體溫度的變化實現形狀回復收縮，促進傷口閉合[54]。因此，基于形狀記憶聚合物的負泊松比結構材料不僅具有形狀記憶功能，而且具有拉脹等獨特的力學性能，在多個領域中有著廣泛的應用。

3.1 航空航天領域

利用形狀記憶纖維和負泊松比結構復合制備智能性負泊松比材料受到越來越多的關注。陶偉灝[35]采用重復單元為六邊形結構的負泊松比蜂窩結構制備了一種主動變形的變體機翼，其原理如圖14所示。制備過程中，在六邊形結構單元內應用熱致型形狀記憶聚合物，實現機翼的主動變形能力，提高了負泊松比材料的智能性。這種機翼還可根據不同飛行環境主動改變厚度，以獲得更好的飛行狀態。劉立武等[55]以碳纖維為增強材料，結合形狀記憶聚合物制成桁架結構，該結構可以在電加熱膜的作用下展開。杜昀桐[24]設計了一種負泊松比蜂窩結構，使用熱致型形狀記憶聚合物制得可主動變形的負泊松比蜂窩結構材料。實驗證明，該結構材料隨著溫度的變化可以自動回復，且回復率高達91%。此外，還針對六邊形蜂窩結構和雙箭頭蜂窩結構建立了有限元模型。實驗證明，將蜂窩型結構和形狀記憶聚合物相結合，材料受到外力沖擊時所產生的變形更大，響應更快。因此，形狀記憶聚合物及其纖維材料在主動負泊松比變形材料中具有更廣泛的應用前景。

圖14 變體機翼驅動器原理

3.2 醫學領域

近幾年，在形狀記憶聚合物和負泊松比結構的結合應用研究中，使用最多的形狀記憶聚合物為聚乳酸[56-58]。洪偉[59]采用具有形狀記憶功能的聚乳酸材料，通過3D打印技術制備具有負泊松比效應的網格結構材料。成品的負泊松比值由原來的-0.3降到了-0.45，說明形狀記憶聚合物的使用可以在一定范圍內降低負泊松比值。武子超[60]借助3D打印技術，利用形狀記憶材料聚乳酸制備了箭型結構的具有負泊松比效應的血管支架。該支架具有較好的負泊松比效應，支撐效果良好；該支架放置在65 ℃的環境下，長度回復率可達95%，直徑回復率甚至高達99%，負泊松比效應也得到了明顯的增強。

3.3 其他領域

此外，具有形狀記憶功能的負泊松比結構材料還可以應用于化工、智能紡織品等領域。許赟成[61]通過反應發泡法制備形狀記憶環氧-聚氨酯復合泡沫，并利用二次固化工藝制得初始結構具有負泊松比效應的形狀記憶泡沫，該泡沫具有優異的力學性能和形狀記憶性能。這種材料在紡織品中也具有很多優點(如較好的能量吸收性、貼合性和耐壓性等)，適用于生產保護關節的運動防護品、內衣以及安全座椅等。

綜上所述，將形狀記憶聚合物與負泊松比結構結合，利用形狀記憶聚合物的主動變形能力，使設計的產品可根據需要在一定范圍內改變結構形狀，充分發揮負泊松比結構的吸能作用，這是目前研究的主要方向。通常，單純地將形狀記憶聚合物做成防護材料的梁或桿，受到外力沖擊時在長度方向上材料的變形小，防護作用較低。因此，從工業發展的角度出發，研究基于形狀記憶聚合物的負泊松比結構材料很有必要，并且具有巨大的應用價值和市場前景。

4 結語

1)形狀記憶材料與負泊松比結構相結合，改善了傳統負泊松比材料的變形程度和機械性能。這種新型負泊松比結構材料具有感知、驅動、控制(主動變形)的功能，在一定范圍內功能性和實用性都得到了較大的提高。材料物理機械性能的改善，有助于負泊松比結構材料(如針織物)的系統研究，進而提高其抗壓縮、抗沖擊以及成形性等性能，可推廣該類材料在汽車、功能服、航空航天等領域的產業化應用。

2)三維負泊松比管狀結構材料在拉伸壓縮時具有幾乎相同的拉脹效應，將形狀記憶材料與負泊松比結構合理搭配，可改造或研發可控性強、防護性強、安全性強的醫護用品，有利于生物醫學設備的研發。如用形狀記憶負泊松比材料制備的人造血管，不僅可實現微創植入，而且能精確定位，大幅度提升負泊松比結構材料的附加值。

3)傳統負泊松比材料單純地依靠結構提高材料的防護性能，成本較高，且穩定性差。合理地將形狀記憶材料應用于負泊松比結構，可同時發揮形狀記憶和負泊松比二者的特點，降低產品的制造成本，進一步擴大此類結構材料在生物醫學、航空航天、工業建筑等領域的應用。