长期以来,超材料设计一直追求“越强越好”,但材料的刚性与柔韧性往往难以兼顾。美国麻省理工学院(MIT)的工程师通过创新设计,成功制造出一种兼具高强度和高弹性的超材料,为这一领域开辟了新方向。
超材料通过微观结构赋予材料特殊性能。MIT团队采用类似有机玻璃的聚合物,打印出由坚硬支撑杆和柔软编织结构组成的“双网络”微观架构。这种设计使材料能拉伸至原始尺寸的四倍而不完全断裂,远超传统聚合物材料的性能。
研究团队从水凝胶中获得灵感,水凝胶通过结合不同特性的聚合物网络实现柔软与坚韧并存。MIT的工程师将这一原理应用于超材料,设计出刚性晶格与弹性线圈交织的双网络结构。测试表明,新材料拉伸能力是传统晶格超材料的十倍,且通过引入“缺陷”进一步提升了性能。
MIT团队还开发了计算框架,帮助工程师根据网络图案预测材料性能。这种超材料有望应用于抗撕裂纺织品、柔性半导体、电子芯片封装及生物组织工程等领域。未来,团队计划探索更多功能,如导电性或温敏性,以拓展材料的应用场景。
这项研究发表在《自然·材料》(Nature Materials)期刊上,标志着超材料向多功能、高性能方向迈出了重要一步。