Science封面文章：任你怎么折腾，我还是我，一个会扭曲的三维机械超材料

【引言】

基于人造复合材料或超材料的合理设计，再加上三维（3D）微米和纳米加工的最新进展，使得材料逐渐突破机械性能的极限。自从有了机械超材料，研究的方向就一直向突破传统机械性能的方向发展，比如如何达到超低质量密度，超强材料性能，用于太空的可扩展材料，机械隐形保护或可重复使用的机械减震材料，可编程的机械特性，可重构性或非单向力隔离力等超乎想象的性质。对一个普通的线性弹性杆施加外力会导致它以多种方式变形， 然而，与静态情况下的旋光性对应的扭曲严格为零。这种自由度的不可用性妨碍了模式转换的应用以及使用坐标转换来实现先进的机械设计。

【成果简介】

北京时间2017年11月24日，Science在线发表了德国卡尔斯鲁厄理工学院Martin Wegener（通讯作者）团队题为“Three-dimensional mechanical metamaterials with a twist”的文章。该团队研究出了微结构化的三维弹性手性机械超材料，克服了上述扭曲严格为零的局限性。通过对柯西弹性力学理论的研究，设计，制造，表征和映射到微极有效介质参数三维手性微结构的机械超材料，扭曲自由度在质量上超越了柯西弹性。在静态情况下，波长在理论上是无限大的，因此样本大小L与单元格大小的比例是重要的。研究发现在所有毫米级的样品上，测量的每个轴应变扭曲都超过2°/％。Martin等人设计的机械超材料在受外力时左右两侧显著扭曲，指出了开发具有不寻常变形行为材料的更一般的策略。同期，阿姆斯特丹大学Corentin Coulais以题为“As the extension, so the twist”作了精彩的评论。

【图文导读】

图1 机械扭曲的自由度

图2 电子显微照片

图3 测量和计算结果

图4 有限元计算

文献链接：Three-dimensional mechanical metamaterials with a twist（Science,2017,DOI:10.1126/science.aao4640 ）

本文由材料人编辑部Allen供稿，材料牛整理编辑。

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