超材料为工程提供多功能材料

近年来，超材料的普及已显着增加。这些材料不是在自然界中发现的，也不是使用化学反应制成的，而是在物理实验室中进行几何设计的。可以赋予超材料特殊的，经常违反直觉的特性。现在，物理学家第一次开发了一种工具箱，可以创建同时具有多种此类特性的材料。这项研究发表在本周的《国家科学院院刊》上。

导致这种新材料的研究是由阿姆斯特丹大学的物理学家Aleksi Bossart，David Dykstra，Jop van der Laan和Corentin Coulais进行的。他们使用工具箱创建了一种材质，该材质在快速或缓慢压缩时会改变其行为。诸如此类的新材料对于汽车减震器，可承受地震或可调节流量的压力阀的建筑材料非常有用。

设计器材料

超材料是具有非凡性能的工程材料。这些特性来自其几何结构而不是其化学组成。超材料的复杂性在于它们的设计，而不在于它们的构造方式：一旦知道了正确的几何形状，则3D打印机通常足以制造材料。在过去的几年中，物理学家在设计具有有趣特性的超材料方面变得越来越熟练。例如，现在可以将材料设计为非常轻且非常坚硬，或表现出奇怪的机械性能-压缩后它们可以向侧面收缩，而普通材料可以膨胀，甚至可以充当可编程的形状更改器。

尽管并非总是容易实现，但是这个想法似乎很简单：如果您需要一种具有特定特性的材料，请找一位聪明的物理学家为您设计。但是，如果您需要具有两种特殊性能的材料怎么办?如果要根据情况在两个属性之间进行切换怎么办?

两种功能

这正是人们在寻找可承受地震的材料时遇到的问题的类型。这种材料对建筑物日常生活中微小振动的反应，与遭受地震冲击时的反应完全不同。考虑到此类应用，Bossart，Dykstra，Van der Laan和Coulais着手设计一种材料，该材料在单一结构中不具有一种功能，而具有多种功能。

特别是，他们设法创建了超材料，该超材料可以在压缩时在侧面收缩或扩展，具体取决于施加压缩力的速度。上图显示了这种材料的一个示例：材料功能的关键在于其孔的图案。施加压力时，孔会共同变形，但缓慢施加压力时和快速施加压力时，这种集体行为是不同的。

对于各种工业应用而言，像这样的新型超材料可能会非常有趣。一种应用是在抗震建筑材料中，但超材料还可能导致其他能量吸收应用(例如汽车减震器)或机器人技术中的新型适应性设备，包括流量调节压力阀。

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