Science封面文章：任你怎么折騰，我還是我，一個會扭曲的三維機械超材料

【引言】

基于人造復合材料或超材料的合理設計，再加上三維（3D）微米和納米加工的最新進展，使得材料逐漸突破機械性能的極限。自從有了機械超材料，研究的方向就一直向突破傳統機械性能的方向發展，比如如何達到超低質量密度，超強材料性能，用于太空的可擴展材料，機械隱形保護或可重復使用的機械減震材料，可編程的機械特性，可重構性或非單向力隔離力等超乎想象的性質。對一個普通的線性彈性桿施加外力會導致它以多種方式變形， 然而，與靜態情況下的旋光性對應的扭曲嚴格為零。這種自由度的不可用性妨礙了模式轉換的應用以及使用坐標轉換來實現先進的機械設計。

【成果簡介】

北京時間2017年11月24日，Science在線發表了德國卡爾斯魯厄理工學院Martin Wegener（通訊作者）團隊題為“Three-dimensional mechanical metamaterials with a twist”的文章。該團隊研究出了微結構化的三維彈性手性機械超材料，克服了上述扭曲嚴格為零的局限性。通過對柯西彈性力學理論的研究，設計，制造，表征和映射到微極有效介質參數三維手性微結構的機械超材料，扭曲自由度在質量上超越了柯西彈性。在靜態情況下，波長在理論上是無限大的，因此樣本大小L與單元格大小的比例是重要的。研究發現在所有毫米級的樣品上，測量的每個軸應變扭曲都超過2°/％。Martin等人設計的機械超材料在受外力時左右兩側顯著扭曲，指出了開發具有不尋常變形行為材料的更一般的策略。同期，阿姆斯特丹大學Corentin Coulais以題為“As the extension, so the twist”作了精彩的評論。

【圖文導讀】

圖1 機械扭曲的自由度

圖2 電子顯微照片

圖3 測量和計算結果

圖4 有限元計算

文獻鏈接：Three-dimensional mechanical metamaterials with a twist（Science,2017,DOI:10.1126/science.aao4640?）

本文由材料人編輯部Allen供稿，材料牛整理編輯。

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