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近日，上海交通大學密西根學院教師Jaehyung Ju團隊在材料工程領域頂級期刊《Advanced Materials》（影響因子 32.086）發表題為“Magneto-Thermomechanically Reprogrammable Mechanical Metamaterials”（磁-熱力可重新編程機械超材料）的科研論文。研究團隊構建并展示了一種磁-熱力驅動機制，通過在形狀記憶聚合物(Shape Memory Polymer，以下簡稱“SMP”)上應用磁-熱力耦合觸發的預應力和非對稱磁扭矩引起的結構非穩定性，使單一材料體系能夠進行無束縛、可逆、低功耗、可重新編程和形狀鎖定的變形。

磁-熱力驅動機械超材料工作機制

可重編程設計原理

為滿足未來可重構結構材料的應用需求，智能材料應具有快速響應，變形可逆，形狀鎖定，可重新編程，能發生交互作用等特性。SMP常用于構建智能材料，與其它可編程材料（如水凝膠和液晶彈性體）相比，由于其具有與溫度相關的反向剛度效應，在輕量但堅硬的可編程微觀結構上有很大的應用潛力。然而，傳統的SMP形變不可逆的缺點，嚴重限制了它們作為智能材料的可重構性。另一方面，磁控變形具有不受束縛和快速響應的優勢，但它的一個缺點是需要額外的能量輸入來保持形變。因此，如何通過結構設計和多物理場耦合驅動方式，使智能材料同時具有上述幾種特性，是領域內亟待解決的難題。

Jaehyung Ju研究團隊在無需合成新材料的情況下結合磁力控制與SMP的熱機械行為，使兩者相輔相成。研究團隊提出以非接觸式驅動的方式，將局部磁扭矩與 SMP 晶格結構的預應力耦合，最終展示出SMP晶格結構形狀鎖定的、無束縛的、可逆的變形。此外，他們還提出了智能結構材料可重新編程的全新實現思路 —— 結合磁矩的非對稱排列與結構不穩定性，解決了可重編程所需功耗高、所需時間長的問題。因此，這項工作為智能超材料、可變剛度的軟體機器人、多模態變形結構和機械計算設備開辟了一條新的設計途徑。

Jaehyung Ju副教授是該論文的通訊作者。第一作者為密院博士生鄒璧卉，共同作者為密院研究生梁子赫、鐘狄珈、崔志銘、肖鍇及密院本科畢業生邵爽。該研究工作得到國家自然科學基金，上海市自然科學基金和上海交通大學“海外引進非華裔外籍教師科研激勵計劃”支持。

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關鍵詞： 智能材料 結構材料 快速響應