多材料点阵结构的热可编程力学行为

摘要

传统的点阵结构一旦制备完成,其力学性能通常在使用寿命内保持不变.设计和制造具有环境适应特性的智能点阵结构,可编程地感知和响应外界变化(例如光强、压强、溶液、温度、电磁场、电化学激励),并在时间和空间上进行形状重构、模式转换和性能调控,仍然是人造材料研究领域重要的科学挑战.该文采用具有不同玻璃化转变温度和温度依赖性的多种聚合物材料,通过合理设计材料空间分布,提出了一类具有热可编程力学响应能力的多材料点阵结构.结合理论分析和有限元模拟,研究了组分材料相对刚度对多材料点阵结构的Poisson比、变形模式以及结构稳定性的影响.通过温度变化实现了对多材料点阵结构弹性常数、压溃响应和结构稳定性的调控,使多材料点阵结构表现出极大的热变形、超弹性和形状记忆效应.为设计和制造自适应保护装备、生物医学设备、航空航天领域的变形结构、柔性电子设备、自组装结构和可变形软体机器人等开辟了新途径.