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这个材料叫超快可重构力学超材料，来自北京航空航天大学陈玉丽教授研究团队，近期刚发表在材料顶级期刊Advanced Functional Materials上。它为什么这么快，还得从啪啪圈说起……
啪啪圈是一种常见的小玩具，只需要轻轻一拍，就能“啪”地卷在手腕上。那么，这么一“啪”，到底有多快呢？
研究人员通过高速相机拍摄，发现只要0.015s，啪啪圈就能就从展平状收缩成卷曲状！
为了研究啪啪圈为什么这么快，研究人员建立了一个动力学理论模型，可以计算得到壳体在形状重构过程中的响应速度（图1d-e），可高达7.56 m/s，并通过实验验证了理论的准确性。
图1. 啪啪圈结构的动力学分析
既然啪啪圈变形速度这么快，幅度这么大。不如用它来搞点事情？
研究人员将该壳结构应用于一系列2D和3D手性蜂窝构型中作为连接韧带，可得到多种拓扑构型下的新型超材料。相应的，该类新型超材料具有展开和收缩两种稳态，且两种稳态下的变形幅度可通过显式的几何关系进行定制，可展比在理论上甚至可以趋于无穷。
图2. 超快可重构力学超材料设计策略
这样的超材料，变形能有多快呢？
通过实验和仿真的方法，研究人员研究了它们在形状重构过程中的形状变化速率和变形幅度（见图3）。2D和3D的超材料可以分别达到25.38倍面积/秒和101.14倍体积/秒的变化率。并且，这个形状重构过程是自发且变形协调的。与其他代表性的2D可变形材料相比（见图4），这种2D超材料在形状变化率和变形幅度方面具有明显的优势。
图3.超材料的超快形状重构过程
图4. 与典型2D形状重构材料的对比
这种形状可重构材料可以实现超快速响应、可定制化的大幅度变形以及无需外界输入的形状维持，在快速变形机器人、变体飞行器等领域有潜在应用。
相关成果以“Ultrafast shape-reconfigurable chiral mechanical metamaterial based on prestressed bistable shells”为题发表于国际权威期刊Advanced Functional Materials。
北京航空航天大学陈玉丽教授、潘飞副教授为论文的共同通讯作者。论文第一作者是博士研究生刘易哲。合作者还包括北航航空学院丁彬副教授和中山大学杨奎坚助理教授。
作者简介：
陈玉丽教授是国家杰青年科学基金获得者、教育部青年长江学者，主要从事多尺度复合材料力学、新型材料结构设计等方面的研究，曾获中国力学学会自然科学一等奖、北京市教学成果一等奖等奖励。
陈玉丽教授个人主页：
https://shi.buaa.edu.cn/chenyuli
潘飞副教授是北航青年拔尖人才，曾入选“国家博新计划”，获得中国力学学会自然科学一等奖等学术奖励。他的主要研究方向是力学超材料/超结构设计、软体机器人设计。
潘飞副教授个人主页：
https://shi.buaa.edu.cn/panfei
来源：高分子科学前沿
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