美国实验室研发出新材料：可在流体与固体状态间自由切换

IT之家报道称，美国加州理工学院 Chiara Daraio 实验室的科研团队发现了一种新型材料，这种材料在受到应力作用时展现出与众不同的特性，在特定条件下可类似流体般流动，在其他条件下则表现得如同稳固的固体。

据悉，这种名为“多链架构材料”（Polycatenated Architected Materials，简称 PAMs）的创新物质，将流体的柔软性和固体的牢固性结合起来，使其在防护装备、生物医学设备和机器人技术等多个领域展现出广泛的应用前景。

为了更好地了解这种特殊材料，加州理工学院的研究人员首先通过计算机模拟设计了 PAMs，仿效了经典晶体物质的晶格结构。然而，与典型晶体材料中有着固定粒子的情况不同，PAMs 的构成由相互缠绕的环形或笼状结构构成，使得内部元素之间能够发生更为动态的相互作用。

研究团队运用了尖端的3D打印技术，选用丙烯酸聚合物、金属等多种材料，将设计方案转化为实体。他们制作了直径约5厘米的小型立方体或球体原型，并对其进行了多种应力测试以观察其响应。

周文杰（Zhou Wenjie Zhou，音译），一位来自Daraio实验室的博士后学者，详细描述了实验过程：“我们从压缩开始，逐渐增加压力。然后应用了简单的剪切力，即施加横向力，类似于试图撕裂材料。最后，我们进行了流变学测试，观察材料受到扭曲作用时的反应，先进行缓慢扭曲，然后逐渐加速和增强。”

实验结果显示，PAMs能够根据施加的应力在流体和固体状态之间切换。周文杰解释说，在受到剪切应力时，PAMs的表现类似于水的“零阻力”，因为其内部构件能够像链条一样相互滑动；而在受到压缩时，这些结构则变得十分坚硬，呈现出固体的特性。

Chiara Daraio将PAMs描述为“一种全新的物质”。她指出，与固态晶格或类似大米、咖啡颗粒的材料不同，PAMs融合了这两者的特性。PAMs中的粒子相互连接，又具有自由移动和滑动的能力，从而形成了一种能够在不同状态间切换的动态材料。Daraio还强调，PAMs具有极高的定制性：“你可以使用软硬材料来打印它们。”她表示，通过改变形状或晶格连接方式，可以直接影响材料的特性，使其在不同条件下始终呈现出流体和固体之间的转变性质。

此外，Daraio进一步指出，PAMs的研究在科学上具有重要意义：“在过去20到30年间，建构化材料一直是一个重要的子领域。”PAMs的独特之处在于填补了颗粒材料和能弹性变形材料之间的空隙，代表着一个“引人入胜的前沿领域”，有可能重新定义科学和工程领域中材料分类与特性。

PAMs具有广泛的潜在应用领域，但目前仍处于探索阶段。Daraio强调了该材料的独特性能：“这些材料具有独特的能量吸收特性。由于每个元素都可相对滑动、旋转和重组，它们能够高效地消散能量。”这种特性使得其在防护装备（例如头盔）和包装材料中具有超越现有泡沫材料的潜力。

此外，对PAMs的微观研究还揭示了该材料能够主动响应环境刺激。在电荷和物理力作用下，它们可发生膨胀或收缩，为其在生物医学设备和软体机器人等领域的应用提供了新的可能性，因为这些领域需要材料能高度适应环境。

这项研究成果已在《科学》杂志上发表，题为《3D多链架构材料》。

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