具有高可恢复弹性能量密度的机械超材料，我们称之为高焓弹性超材料，可以提供许多增强的性能，包括高效的机械储能、承载能力、抗冲击性和运动敏捷性。这些特性使其成为轻质、小型化和多功能结构的理想选择。然而，实现高焓是具有挑战性的，因为它需要结合相互冲突的特性：高刚度、高强度和大的可恢复应变。

为了应对这一挑战，国防科技大学方鑫研究员等人从可自由旋转的手征元胞构建了高焓弹性超材料。与现有的非手性晶格相比，非优化的手性超材料同时保持高刚度，维持更大的可恢复应变，提供更宽的屈曲平台，将屈曲强度提高5-10倍，焓提高2-160倍，单位质量能量提高2-32倍。这些改进源于由手性引发的扭转屈曲变形，这在传统超材料中是不存在的。这种变形模式储存了相当多的额外能量，同时对定义材料失效的峰值应力的影响最小。该发现确定了一种机制，并为具有高机械储能能力的超材料和结构的设计提供了见解，这是一个具有广泛工程意义的问题，打破了材料与结构的力学性能禁区。手性扭曲理论揭示了上述高强高能特性的产生机理，成果为航空、航天、船舶、高铁、汽车等工业系统提供了重要解决方案。

相关成果以题为“Large Recoverable Elastic Energy in Chiral Metamaterials via Twist-Buckling”发表在最新一期Nature。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08658-z

图1手性和非手性超材料的变形。

图2 手性和非手性杆的屈曲。

图3 超材料的性能

图4 实验结果

本文来自微信公众号：材料科学与工程。