雖然大多數(shù)可重構(gòu)材料已經(jīng)具備了在兩種不同狀態(tài)之間切換的性能，但據(jù)phys.org網(wǎng)站報(bào)道，美國(guó)加州理工學(xué)院、喬治亞理工學(xué)院和瑞士蘇世黎聯(lián)邦理工學(xué)院的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)已更進(jìn)一步，在JuliaR.Greer實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了一種新型納米構(gòu)架超材料，它可以根據(jù)需求排列成復(fù)雜的周期性晶格或非周期性自定義結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)。該材料有望用于下一代能源儲(chǔ)存和生物植入微型設(shè)備。相關(guān)研究成果發(fā)布于《自然》雜志。

大多數(shù)形變材料都需要持續(xù)的外部刺激才能產(chǎn)生形變，以及維持形變狀態(tài)。例如，海綿在干燥時(shí)是一種狀態(tài)，吸水之后才會(huì)膨脹。相比之下，Greer等開(kāi)發(fā)的納米材料是通過(guò)電化學(xué)驅(qū)動(dòng)的硅鋰合金產(chǎn)生形變的，這意味著它可以精細(xì)地表達(dá)任何“中間狀態(tài)”，并且在移除刺激后保持形變結(jié)構(gòu)。該材料的另一大優(yōu)點(diǎn)在于，它的形變狀態(tài)很容易逆轉(zhuǎn)。

結(jié)構(gòu)缺陷幾乎存在于所有材料中，它對(duì)材料性能有很大影響。Greer團(tuán)隊(duì)選擇利用缺陷來(lái)賦予材料新特性。加州理工學(xué)院研究生、論文第一作者XiaoxingXia說(shuō)：“這項(xiàng)工作最有趣的地方是，我們利用了缺陷在動(dòng)態(tài)響應(yīng)架構(gòu)材料中的關(guān)鍵作用。”

Greer等設(shè)計(jì)了一種覆硅晶格，其微觀直線結(jié)構(gòu)可在電化學(xué)激發(fā)下彎曲，進(jìn)而具備獨(dú)特的機(jī)械和振動(dòng)特性。接著，Greer等使用超高分辨率的雙光子光刻3D打印工藝制造了材料。利用這種工藝，他們能夠在材料結(jié)構(gòu)中按需構(gòu)建缺陷。在測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，Greer等利用這種材料制作了一張薄片，在電氣控制下，它顯示出了加州理工學(xué)院的logo。Greer說(shuō)：“材料與人一樣，正是這些不完美的缺陷讓它們變得更加有趣。我一直對(duì)材料缺陷很感興趣。Xia成功發(fā)現(xiàn)了不同類型的缺陷對(duì)超材料的影響，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上設(shè)計(jì)出了特定圖案，使其能在電化學(xué)刺激下顯現(xiàn)。”

Greer認(rèn)為，超材料具有的精細(xì)可控的形變能力，在未來(lái)的儲(chǔ)能系統(tǒng)中頗具應(yīng)用潛質(zhì)。它可以提供自適應(yīng)儲(chǔ)能途徑：使電池變得更輕、更安全、壽命更長(zhǎng)。某些電池材料在儲(chǔ)能過(guò)程中會(huì)膨脹，反復(fù)膨脹、收縮產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)造成材料機(jī)械性能退化。新材料的良好自適應(yīng)性可以完美地應(yīng)對(duì)類似的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。

喬治亞理工學(xué)院航天工程學(xué)助理教授ClaudioV.DiLeo總結(jié)說(shuō)：“電化學(xué)活性超材料為開(kāi)發(fā)新一代智能電池提供了新方向。我們正在開(kāi)發(fā)計(jì)算工具來(lái)預(yù)測(cè)這種復(fù)雜的機(jī)電耦合行為。”自然期刊