微纳米点阵力学超材料的设计和性能

张 璇 李晓雁

*(莱布尼茨新材料研究所，德国萨尔布吕肯66123)

†(清华大学工程力学系先进力学与材料中心，北京100084)

在旅行中，我们常常会看到一些精美绝伦的镂空建筑，如高达324 米的埃菲尔铁塔、占地25 万平方米的鸟巢体育场，令人叹为观止(图1)。这些复杂的建筑结构背后，都蕴含着一个简单的思想：通过特殊的结构设计，以消耗最少的材料来实现最优的力学性能。将建筑结构设计的理念拓展到材料设计中，人们通过在块体材料中引入微结构，从而可以精确调控力学性能参数，例如实现更高的刚度和强度，获得本身块体材料所不具备的超常规力学性能。这些经过特殊设计从而具有超越一般实体材料力学性能的多孔结构，我们又赋予它们一个新名字-- 力学超材料。

虽然“力学超材料”概念的提出由来已久，但是因为这些材料往往具有繁复的细节设计和苛刻的尺寸要求，长期以来受到制备条件的约束，发展比较缓慢。21 世纪以来，随着各式各样的增材制造技术的迅速发展，使得力学超材料在近些年来成为了固体力学和材料科学研究的前沿和热点。

图1

依据所调控的力学参数的不同，可以将目前所研究的力学超材料大致分为以下几类：轻质超强点阵力学超材料、拉胀力学超材料、多稳态力学超材料、超流体力学超材料、手性力学超材料、拓扑力学超材料等。如对于轻质超强点阵力学超材料，通过调控其结构设计，可以实现超越普通材料的更高刚度和强度；……