11 月 30 日消息，香港科技大學（HKUST）物理系許欽教授與機械及航空航天工程系胡文琪教授聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，研發(fā)出一種具高度可編程性且具非對稱力學響應(yīng)的新型柔性復(fù)合材料系統(tǒng)。

科研團隊成功將“剪切─堵塞”相變機制融入高分子聚合物基體，為實現(xiàn)機械智能系統(tǒng)提供了關(guān)鍵的材料基礎(chǔ)。這類新型復(fù)合材料能夠根據(jù)受力方向產(chǎn)生不同的扭曲和運動行為，使材料在剪切力作用下顯著變硬，而在其他情況下保持柔軟。

在軟件機器人、仿生組織及柔性電子等前沿工程領(lǐng)域中，能夠?qū)ν獠看碳ぷ鞒鎏禺愋皂憫?yīng)的材料，是實現(xiàn)智能功能的關(guān)鍵。然而，傳統(tǒng)設(shè)計多依賴具有非線性結(jié)構(gòu)或復(fù)雜幾何構(gòu)造的超材料，這些離散結(jié)構(gòu)往往對缺陷和斷裂極為敏感，限制了其工程實用性。

有別于傳統(tǒng)方式，許教授和胡教授的研究提出了一種全新設(shè)計范式，利用“剪切─堵塞”相變物理機制發(fā)展出柔性復(fù)合材料，展現(xiàn)出獨特的科學優(yōu)勢與工程潛力。這項研究的主要科學與工程突破包括：

多維度方向控制：研究團隊制備的柔性復(fù)合體在剪切與法向兩個方向上同時展現(xiàn)出非互易性力學行為，實現(xiàn)對不同加載路徑的方向的靈敏響應(yīng)，并且具備非對稱材料形狀記憶特性，可進行多維度方向控制。

可編程且高韌：有別于傳統(tǒng)脆弱的剛性超材料，柔性復(fù)合材料不僅具有高度可編程的力學特性，同時具備出色的抗斷裂能力，展現(xiàn)出高韌性。透過調(diào)控其內(nèi)在的“剪切─堵塞”相變過程，可以精確控制材料性質(zhì)，從而自主制定所需力學響應(yīng)，以滿足不同應(yīng)用需求。

活性智能新材料：研究團隊進一步將“剪切─堵塞”結(jié)構(gòu)與空間調(diào)變的磁性分布相結(jié)合，創(chuàng)造出能自主運動的“軟件活性固體”。這種活性智能新材料可用作仿生軟件機器人，在狹小環(huán)境中靈活移動; 也可以作為智能閥門，在微流控系統(tǒng)中實現(xiàn)選擇性流控。

從科學角度而言，該研究創(chuàng)新地結(jié)合顆粒物理學與高分子材料科學，建立了具有非互易力學性質(zhì)的新型軟物質(zhì)體系；在工程應(yīng)用方面，研究團隊為制備各類具有方向特異性響應(yīng)的柔性復(fù)合材料提供了一種既高效且通用的設(shè)計策略，此研究不僅為實現(xiàn)機械智能奠定了基礎(chǔ)，更為新一代智能及節(jié)能材料的開發(fā)開辟了全新途徑。

這項跨學科研究由科大物理系和機械及航空航天工程系的研究人員共同領(lǐng)導(dǎo)，相關(guān)成果已發(fā)表于《自然．材料》。