溫控機(jī)械超材料-基于3D打印多材料結(jié)構(gòu)

來源： 柔性傳感器

我們設(shè)想可編程的物質(zhì)可以根據(jù)用戶輸入或自主感知以理想的方式改變其物理特性。這一愿景促使人們追求以可編程方式與環(huán)境相互作用的機(jī)械超材料。然而，由于軟質(zhì)超材料的高度非線性變形和合理設(shè)計(jì)策略的不發(fā)達(dá)，這還沒有系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)。

近日，美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校Xiaojia Shelly Zhang /休斯頓大學(xué)Tian Chen團(tuán)隊(duì)使用計(jì)算形態(tài)發(fā)生和多材料聚合物3D打印來系統(tǒng)地創(chuàng)建具有任意可編程溫度切換的非線性機(jī)械響應(yīng)的大變形軟超材料。這是通過利用不同聚合物的不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)最佳合成時(shí)，可以以可控的方式產(chǎn)生局部和巨大的剛度變化。由于具有復(fù)雜的幾何形狀，所生成的結(jié)構(gòu)和超材料表現(xiàn)出根本不同但可編程的非線性力-位移關(guān)系和變形模式。合理的設(shè)計(jì)和制造建立了一種具有自由可調(diào)熱適應(yīng)行為的面向目標(biāo)的超材料合成方法。這使結(jié)構(gòu)和材料具有環(huán)保意識(shí)。

圖1可編程的不同溫度下的自適應(yīng)非線性力學(xué)響應(yīng)

圖2 不同溫度下程控自適應(yīng)FD響應(yīng)的實(shí)現(xiàn)

圖3 大變形下帶反轉(zhuǎn)符號(hào)的溫度可切換變形模式的實(shí)現(xiàn)

圖4 實(shí)現(xiàn)溫度可切換變形模式的不同組合

圖5 三維結(jié)構(gòu)的溫度可切換各向異性。

原文題目：Algorithmic encoding of adaptive responses in temperature-sensing multimaterial architectures
論文共同第一作者：Weichen Li1, Yue Wang
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk0620