超构材料的有效性能主要来源于其设计的微观结构，而不是其组成材料。因此，如果能够通过施加外部刺激显著改变微观结构，就能够改变有效的超构材料特性。例如，超构材料可以在阳光照射下改变其力学性能，以自动调整照明条件，改变其外观，或控制室温。刺激反应性超构材料可以作为生物细胞的可调节拉伸台。另一个例子是，弹性波的传播和偏振可以由光局部控制，甚至在时空超构材料的意义上也是如此。以前的实验是沿着这些思路进行的，使用温度、压力、溶剂、电压、静态磁场或光作为刺激。然而，这些实验仅限于宏观模型、有效的2D结构，或材料参数调节范围有限，尤其不包括光翻转材料参数符号的极端可能性。

 

       近日，卡尔斯鲁厄理工学院Alexander Münchinger和Martin Wegener团队介绍了由液晶弹性体组成的力学超构材料，其指向矢在3D激光打印过程中按设计的复杂3D图形排列。该工作大大超越了之前的工作，考虑了可以被光刺激的经典弹性内和外的力学超构材料，打开了3D光力学超构材料的领域。从液晶弹性体出发，构造了两种不同指向矢的构造梁。定向液晶弹性体表现出各向异性是至关重要的，这是由于单体的介晶性质引起的聚合物网络的各向异性。因此，对梁的两个液晶弹性体部分施加相等的刺激，会导致这种双材料单元发生明显的弯曲。接下来，基于这些弯曲元素构建了一个超构材料机制。第一种情况属于经典弹性，基于四方超构材料晶体中的蝴蝶结单元。蝴蝶结是紫红色超构材料中的一个典型图案，已被广泛研究。蝴蝶结单元的形状变化导致从非紫外到紫外的行为转变，即泊松比从正值翻转到负值。第二种情况超越了经典弹性，进入了手性微极弹性领域，基于四方超构材料单元内连接立方体表面上的手性单元。刺激引起的手性单元利手性的变化导致每种应变的扭转符号翻转。对于这两种情况，通过沿一个晶体学方向施加位移，并通过光学显微镜数字图像分析在亚单位细胞尺度上量化行为，直接测量有效的超构材料行为。相关研究发表在《Materials Today》上。（徐锐）

   

 

       文章链接：A. Münchinger, L.-Y. Hsu, F. Fürniß, et al. 3D optomechanical metamaterials[J]. Materials Today, 2022. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2022.08.020

 

消息来源：两江科技评论