主动力学超构材料及构造原理的最新进展

来源：两江科技评论（ID：imeta-center），作者：九乡河。

典型的力学超构材料包括刚度可设计、五模式、负泊松比、负热膨胀以及基于折纸或剪纸的超构材料。近年来，具有独特性质和性能的刺 激响应材料迅速涌现，为力学超构材料的发展提供了新的机遇。最常用的刺 激响应材料包括形状记忆聚合物、液晶弹性体、水凝胶和其他复合材料。如果通过用刺 激响应材料代替常规材料来重构力学超构材料，它们将能够对外部物理场的刺 激做出反应，如热、化学、光、电、磁和压力作用。当受到刺 激时，超构材料可以根据外部环境自动变形、运动并改变其结构特性或功能，因此可称为主动力学超构材料 (AMMs)。

与传统的力学超构材料相比，AMMs增加了时间维度，结构性能变得动态可调。AMMs是随着机械设计和材料科学不断发展的新兴课题，在工程和科学领域具有巨大的应用前景。一方面，AMMs结构的构建基于一般力学原理。另一方面，刺 激响应材料的特性决定了AMM的功能和适用领域。这两个内容对于AMMs来说非常重要。但目前，考虑到这两个方面的报道是有限的，有必要讨论基于激励场的力学构造原理和分类，以及AMMs最先进的技术、研究成果和工程应用。

近日，北京理工大学方岱宁院士、李营教授、陶然副教授团队从力学和材料方面对主动力学超构材料的前沿工作和最新进展进行了综述，讨论分为三个部分。

从主动超构材料的力学构造原理开始，即相变、应变失配、机械不稳定性、拓扑优化、机器学习。

第二部分根据刺 激场对主动力学超构材料进行分类，综合回顾了各个分支方向的研究进展，即热响应、化学响应、光响应、电响应、磁响应和压力响应。当然，这些并不代表所有类型的刺 激响应材料。随着材料科学和物理学的发展，未来将出现新的替代刺 激响应材料。

在第三部分，总结了力学超构材料的几种代表性功能及其实际应用。它们可用于微型系统、大型机械和航空航天结构等各个领域。与以往的力学超构材料相比，AMMs具有更多的设计灵活性、预应力设计可实现性、机械性能可编程性、多激励场耦合驱动特性等。可以预期，AMMs将在制造业和人类生活中发挥更重要的作用。相关研究发表在《Advanced Science》上。（徐锐）

文章链接：

J. Qi, Z. Chen, P. Jiang, et al. Recent Progress in Active Mechanical Metamaterials and Construction Principles[J]. Advanced Science, 2021.

https://doi.org/10.1002/advs.202102662