想象拉伸橡皮筋时，其会因形变而变薄；而格拉斯哥大学研究团队则设计出一种反常规材料——受拉伸时呈现膨胀特性的新型塑料，这类具有负泊松比效应的材料被称为拉胀材料。研究人员通过精心设计内部几何结构并结合3D打印技术，成功实现了这一独特性能。

六月底，该团队在《材料视界》（MaterialsHorizons）期刊上报告了其在高性能工程塑料拉胀结构设计领域的突破性进展。研究表明，增材制造技术可赋予材料可编程特性（如强度、拉伸性、应变灵敏度），而拉胀材料本身具备高能量吸收率、高损伤容限等优异机械特性，因此格拉斯哥团队开发的这类塑料展现出广阔的应用前景。

研究采用ApiumAdditiveTechnologiesGmbH的ApiumP220FDM3D打印机，以聚醚醚酮（PEEK）为原料构建结构。PEEK是一种高强度半结晶热塑性塑料，兼具耐热、耐磨特性，其高强度重量比可替代部分金属材料；同时，该材料重量轻、生物相容性好，已在工程与生物医学领域广泛应用。使用PEEK使研究人员能够精准调控材料的机械与电气行为。

该研究通讯作者、格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院材料与增材制造专家ShanmugamKumar教授表示：“我们不仅证明了PEEK网络可实现拉胀特性，更关键的是，这种材料无需集成电子设备即可感知应变与损伤。”这种自感知能力源于压阻效应——材料通过电阻变化“感知”自身所受的拉伸、压缩或冲击。

研究团队利用四种PEEK基原料构建二维晶格结构，其中三种原料掺入碳纳米管。碳纳米管赋予塑料导电性，使其具备传感器功能：当晶格因机械应力变形时，其内部电阻会产生可测量变化。

基于双端“Y”形重复单元，团队设计了“枝干枝”式排列模型，通过调整厚度、角度、间距等参数优化各结构的机械性能。最终，研究团队编制了一份包含不同膨胀性、刚度、强度及变形/损伤敏感性的材料目录。

为支持新材料开发，研究人员创建了计算机模型以预测其在不同载荷条件下的行为。该模型可精准捕捉网络电阻随机械应力的变化，从而在3D打印实体样品前通过模拟优化材料性能。Kumar指出：“结合设计、制造与预测建模，我们现在能按需定制材料——无论是用于冲击吸收、损伤检测，还是可控变形。”这意味着材料可向“为失效而设计”的理念迈进，即兼具高强度、轻量化与智能化，能够长期监测自身完整性。

此研究建立在团队前期对炭黑浸渍聚乳酸（PLA）的研究基础上。此前，他们构建了包含56种不同拉胀晶格结构的库，设计出可大幅拉伸、感知微小变形或承受高负荷的晶格结构。与PEEK结构类似，PLA结构具有导电性，可通过压阻系数变化响应机械变形。Kumar补充道：“基于PLA的设计更适合临时应用，例如低负荷生物医学植入物中的智能支架，或运动器材中的一次性传感器；而PEEK基材料则为苛刻环境下的永久性承重智能组件制造提供了可能。”

PEEK基拉胀材料的潜在应用场景包括智能骨科植入物、航空航天涂层、可穿戴技术、抗碰撞车辆结构及结构健康监测等。Kumar总结道：“我们实际上为设计师提供了一个工具箱，助力其打造兼具智能与坚固特性的下一代多功能材料。”