日本理化學研究所（RIKEN）新興物質科學中心Yasuhiro Ishida Science: 均勻復合材料中的機械不可逆性

圖圖

• 【導讀】

機械不可逆性，即空間中兩點之間機械量的不對稱傳輸，對于開發能夠引導、阻尼和控制機械能的系統至關重要。機械運動或能量，往往以風，波浪和振動的形式存在。然而，由于收集或操作困難等原因，大部分能量很少被使用。此外，機械能的不必要傳播會導致有害影響，包括聲音污染、對人類的傷害以及對車輛和基礎設施的損壞。但是，如果機械能可以通過允許在特定方向上優先傳輸的材料來控制或使用呢？

二、【成果掠影】

近日，日本理化學研究所（RIKEN）新興物質科學中心Yasuhiro Ishida教授和Xiang Wang等人報道了一種均勻的復合水凝膠，由于嵌入的納米填料的方向依賴性屈曲，該水凝膠表現出顯著的機械不可逆性。與相反方向相比，這種材料在一個方向上剪切時的彈性模量高出60倍以上。因此，它可以將對稱振動轉化為適用于質量傳輸和能量獲取的不對稱振動。此外，當受到局部相互作用時，它表現出不對稱變形，這可以引起各種物體的定向運動，包括宏觀物體甚至小型生物。這種材料可以促進非互易系統的發展，用于能量轉換和生物操縱等實際應用。相關研究成果以“Mechanical nonreciprocity in a uniform composite material”為題在Science上發表。

三、【核心創新點】

√報道了一種均勻的復合水凝膠，由于嵌入的納米填料的方向依賴性屈曲，該水凝膠表現出顯著的機械不可逆性。與相反方向相比，這種材料在一個方向上剪切時的彈性模量高出60倍以上

?四、【數據概覽】

圖1 對剪切力具有不對稱響應的非互易凝膠的設計和性能? 2023?RIKEN Center for Emergent Matter Science

圖2凝膠中GO納米片的方向導致對剪切力的不對稱響應。? 2023?RIKEN Center for Emergent Matter Science

圖3凝膠將對稱振動轉換為不對稱振動及其在定向質量傳遞和旋轉中的應用? 2023?RIKEN Center for Emergent Matter Science

圖4 凝膠在局部壓縮時的不對稱變形及其在各種物體的方向運動中的應用。? 2023?RIKEN Center for Emergent Matter Science

五、【成果啟示】

本文開發了一種均勻的材料，該材料具有機械非互易性，并且在各種類型的力下表現出不對稱變形。這種材料可以誘導各種物體的定向傳輸，這表明在力學、能源和生物學等各個領域的潛在應用。同時，這種材料還可以拓寬當前超材料系統的范圍，激發更多有趣的設計，這是當前現有互易材料無法實現的。原則上，本設計的非互易材料也適用于水凝膠以外的各種彈性體。因此，本文可能為非互易機械系統的實際應用鋪平道路，并激發非互易材料在其他物理系統中的發展，如光學和聲學。

文獻信息

原文詳情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf1206

本文由圖圖供稿