武汉大学王晓笋教授最新IJMS!

该研究聚焦于新型功能材料——超材料，尤其是机械格子超材料，其核心性能来源于拓扑几何设计而非基体材料本身。得益于轻量化和优异机械性能，这类结构在力学和材料工程领域成为研究热点，广泛应用于抗压、抗剪、高断裂韧性、弯曲抵抗、能量吸收及能量收集等场景。近年来，格子单元设计不断创新，包括周期性与非周期性格子、板式格子、折纸启发格子、杆状格子以及三重周期最小表面（TPMS）格子，丰富了格子超材料的设计体系。然而，传统格子超材料在强度与韧性、高应力与稳定性等关键机械性能之间存在固有权衡，严重限制了其在极端环境下的应用潜力。尽管生物启发的格子超材料设计和能量吸收优化取得了一定进展，但多数研究仍集中于单一机械响应调控，对复合结构的可控多级变形和多阶段机械响应研究较少，且多组合模式下性能协同优化仍是亟需解决的核心挑战。基于此，本研究提出了一种受自然复杂条纹启发的可编程条纹格子超材料（PSLM），旨在实现可控的变形模式和多阶段机械响应，为生物启发几何设计与多阶段性能调控的协同发展提供路径  。

图文速览

图1. 自然出现的条纹图案及不同模型构建的示意图。(a) 阔叶，(b) 小叶，(c) 鱼骨状排列，(d) 鸟类，(e) 蜻蜓，(f) 蝴蝶，(g) 第一类模型构建示意图，(h) 第二类模型构建示意图，(i) 第三类模型构建示意图。

图2. 所提出结构的几何构型与数学参数。

图3. 材料特性表征、样品制备质量评估及3D打印模型。(a) 标准哑铃型拉伸测试样品，(b) 表面粗糙度评估，(c) 拉伸测试示意图，(d) 拉伸名义应力-名义应变关系曲线，(e) 不同构型的3D打印样品。

文章小结