搜索:  
清华大学陈常青教授团队《Adv. Sci.》:力学超材料的信息编码和存储
2023-04-26  来源:高分子科技

  信息编码和存储以及机械计算等信息处理(information processing)能力是今后发展类生命体的“智慧型”材料不可或缺的功能,有望成为材料让人期待的新属性。力学超材料具有近乎无限的几何设计空间,如与激励响应型材料相结合,可带来更多设计维度,为实现具有信息处理能力的超材料提供了可能路径。


  近日,清华大学陈常青教授团队结合材料智能和结构智能的概念,提出了一种温度响应型力学超材料,具有一体化的信息编码、存储和显示特性。相关研究成果以“Encoding and Storage of Information in Mechanical Metamaterials”为题在Advanced Science发表。



  该工作提出了信息编码和存储力学超材料的通用设计策略。利用由力学超材料构成的像素间高度差来实现信息呈现,每个像素由具有可调双稳态的不同单元串联而成。该设计可实现多层信息的编码和存储,并通过多步加载,实现不同层信息的顺序呈现,如图1所示的双层、三层文字信息以及三层曲面信息等。力学超材料的单双稳态的调控通过温度改变来实现,图2所示为不同温度下单双稳态性质与力学超材料几何尺寸之间的关系。此外,通过考虑热量在不同结构中传递速率的不同,引入时间响应因素,实现基于热调控的多层信息时序编码和存储,从而具有更多层信息处理能力。所提出的力学超材料具有多层信息编码、存储和显示一体化的特点,克服了此前单层信息存储和编码的局限。


图1 具有信息编码、存储和显示能力的力学超材料。


图2 具有可调双稳态性质的力学超材料设计


  该工作将力学超材料作为信息载体,利用力学超材料丰富变形模式的优点,实现了多层信息的编码和存储,展现“智慧型”材料的一种新范式。由于底层物理机制的尺度无关性,随着亚微米3D打印技术和多材料打印技术的发展,为实现小型化的更高信息存储密度的力学超材料提供了可能。


  清华大学航天航空学院陈常青教授为论文通讯作者,2018级博士生孟志强为第一作者。作者还包括颜湖杰(钱学森力学班18级本科生)、刘明超博士(现为新加坡南洋理工大学博士后)和秦文楷(清华航院19级本科生),以及合作者美国华盛顿大学盖伊·杰宁(Guy M.Genin)教授。该研究得到了国家自然科学基金委支持。近年来,陈常青课题组在力学超材料领域取得了一系列成果,包括拓扑静态孤子、多步变形、非线性拓扑边界态和机械计算等。


  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202301581

版权与免责声明:中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载,请联系邮箱:info@polymer.cn,并请注明出处。
(责任编辑:xu)
】【打印】【关闭

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯
更多>>科教新闻