天天热消息：中国研究团队提出磁-热力可重新编程机械超材料设计

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近日，上海交通大学密西根学院教师Jaehyung Ju团队在材料工程领域顶级期刊《Advanced Materials》（影响因子 32.086）发表题为“Magneto-Thermomechanically Reprogrammable Mechanical Metamaterials”（磁-热力可重新编程机械超材料）的科研论文。研究团队构建并展示了一种磁-热力驱动机制，通过在形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer，以下简称“SMP”)上应用磁-热力耦合触发的预应力和非对称磁扭矩引起的结构非稳定性，使单一材料体系能够进行无束缚、可逆、低功耗、可重新编程和形状锁定的变形。

磁-热力驱动机械超材料工作机制

可重编程设计原理

为满足未来可重构结构材料的应用需求，智能材料应具有快速响应，变形可逆，形状锁定，可重新编程，能发生交互作用等特性。SMP常用于构建智能材料，与其它可编程材料（如水凝胶和液晶弹性体）相比，由于其具有与温度相关的反向刚度效应，在轻量但坚硬的可编程微观结构上有很大的应用潜力。然而，传统的SMP形变不可逆的缺点，严重限制了它们作为智能材料的可重构性。另一方面，磁控变形具有不受束缚和快速响应的优势，但它的一个缺点是需要额外的能量输入来保持形变。因此，如何通过结构设计和多物理场耦合驱动方式，使智能材料同时具有上述几种特性，是领域内亟待解决的难题。

Jaehyung Ju研究团队在无需合成新材料的情况下结合磁力控制与SMP的热机械行为，使两者相辅相成。研究团队提出以非接触式驱动的方式，将局部磁扭矩与 SMP 晶格结构的预应力耦合，最终展示出SMP晶格结构形状锁定的、无束缚的、可逆的变形。此外，他们还提出了智能结构材料可重新编程的全新实现思路 —— 结合磁矩的非对称排列与结构不稳定性，解决了可重编程所需功耗高、所需时间长的问题。因此，这项工作为智能超材料、可变刚度的软体机器人、多模态变形结构和机械计算设备开辟了一条新的设计途径。

Jaehyung Ju副教授是该论文的通讯作者。第一作者为密院博士生邹璧卉，共同作者为密院研究生梁子赫、钟狄珈、崔志铭、肖锴及密院本科毕业生邵爽。该研究工作得到国家自然科学基金，上海市自然科学基金和上海交通大学“海外引进非华裔外籍教师科研激励计划”支持。

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关键词： 智能材料 结构材料 快速响应