新美开发出化学键可重构的颗粒超材料

12月4日，据Science Advanced官方网站消息，新加坡南洋理工大学和美国加州理工大学的研究人员开发出一种具有动态键重构能力的颗粒超材料，能够在机械压缩和加热下完成颗粒间连接键的动态形成与断裂，从而实现在组装和离散两种状态间灵活切换。相关研究成果以“Granular metamaterials with dynamic bond reconfiguration”为题发表在《Science Advanced》期刊上。

自然界中的生物材料能够根据不同的外界刺激动态重构其内部结构。具有动态键合特性的人造聚合物材料也能通过分子间键的动态形成与断裂展现出不同性质。然而，传统力学超材料一旦制成，其组成元胞间的连接方式就被固定，无法通过外界激励动态改变，限制了其可重构性以及在不同工况下的适应性。对此，研究人员提出了一种由双材料结构粒子组成的颗粒超材料，能够通过机械压缩和加热实现键重构。一方面，研究人员通过机械压缩使初始离散的粒子相互接触，促成双稳态互锁的形成（即键的形成），从而使材料整体由离散的液态过渡到组装的固态。另一方面，研究人员对组装后的颗粒超材料进行加热，引发颗粒之间的键断裂，又可使材料整体恢复到离散状态。与大多数传统机械超材料不同，这种颗粒超材料不受固定晶胞连接的限制，其结构能够重新排列。

该研究工作为开发动态可重构先进材料开辟了新思路，有望广泛应用于软体机器人、自适应结构和智能材料等领域。