近日，新疆工业学院通识学院物理教研部在二维材料力学领域取得重要进展。相关研究成果以《Strain-engineered tunable negative Poisson’s ratio and anisotropic mechanics in tellurene》为题，发表于物理学重要期刊《Applied Physics Letters》，为柔性电子、纳米机电系统等领域的材料创新提供了全新方向。该期刊由美国物理联合会出版，聚焦应用物理领域的前沿重要发现，快速传播最新前沿研究动态，是具有全球影响力的权威学术期刊，为物理界内同行高度认可。

负泊松比（NPR）材料因纵向拉伸时横向膨胀的反常力学特性，在抗断裂、抗压痕、声吸收等方面展现出优异性能，被广泛认为是下一代先进材料的关键方向之一。然而，传统二维材料中， intrinsic 负泊松比现象极为罕见，即便通过空位缺陷、纳米带制备等手段诱导，其数值也难以突破经典弹性理论（-1.0 至 0.5）的限制。如何在非蜂窝结构二维体系中实现高值、稳定的负泊松比，成为领域内亟待解决的难题。

针对这一挑战，该团队创新性地提出 “β- 褶皱” 结构设计 —— 通过在类硅烯基底结构中横向引入原子亚层，构建出具有三个原子亚层的新型构型。基于第一性原理计算，团队发现采用这种 β- 褶皱结构的碲烯（β- 碲烯）不仅具备优异的弹性、热力学及动力学稳定性，更在应变调控下展现出惊人的力学性能：当沿锯齿方向施加 22% 的拉伸应变时，β-碲烯的负泊松比达到 - 1.67，这一数值不仅刷新了现有二维材料的最高纪录，更首次突破了经典弹性理论的下限。

研究进一步揭示，这一超常规现象源于结构与电子态的协同转变：一方面，应变作用下碲烯的键角扩张与褶皱高度降低，驱动横向尺寸反常膨胀；另一方面，应变诱导的电子云重叠促使材料从半导体向金属发生相变，进一步强化了负泊松比效应。此次发现不仅确立了碲烯作为 “变革性负泊松比材料” 的地位，更提出了一套适用于非蜂窝结构二维体系的应变调控设计原则，为后续高性能二维力学材料的研发提供了重要参考。

新疆工业学院为第一单位，刘德发、何世豪为该论文并列第一作者；何世豪、马鸿轩为通信作者。该研究工作得到了新疆工业学院新青育苗科研启动金的支持。

文章链接：

https://pubs.aip.org/aip/apl/article-abstract/127/16/161906/3368771/Strain-engineered-tunable-negative-Poisson-s-ratio?redirectedFrom=fulltext

新疆工业学院通识学院

2025年11月01日

物理教研部何世豪 刘德发 马鸿轩 供稿