超材料是人工制造的功能結(jié)構(gòu)材料，經(jīng)過精心設(shè)計單元的構(gòu)型以展現(xiàn)在常規(guī)材料中自然不存在的特性。它們最初由周期性的元胞構(gòu)成，與電磁波相互作用從而操控波的傳輸行為，展現(xiàn)出諸如電磁隱形、負(fù)折射率、光束偏轉(zhuǎn)等非凡的現(xiàn)象。近年來，超材料的概念已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域，通過3D打印技術(shù)提出并制造了紛繁多樣功能的超材料，從而實現(xiàn)物質(zhì)與電磁、熱、聲以及機械能之間的相互作用。隨著超材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的增加和組分材料種類的增多，先進(jìn)增材制造技術(shù)成為實現(xiàn)具有非凡性能和多功能融合超材料的強大工具。

        西安交通大學(xué)李滌塵教授團(tuán)隊，在近日發(fā)表的3D-printed Metamaterials with Versatile Functionalities 一文中，回顧了3D打印超材料在不同領(lǐng)域中實現(xiàn)的非凡性能，分析了結(jié)構(gòu)、功能和制造過程之間的關(guān)系，介紹了通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)的多種功能超材料的最新研究，并為3D打印超材料未來的發(fā)展趨勢提供了分析和討論。

圖1

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772665723000302‍

 研究難點或瓶頸

• 文章介紹了機械超材料的最新發(fā)展，包括用于能量吸收、振動隔離、機械存儲、機械邏輯門、等方面的超材料。
• 分析了具有熱聚焦、隱形、旋轉(zhuǎn)功能等熱超材料以及它們的應(yīng)用。
• 分別回顧了一些已經(jīng)開發(fā)出來用于控制電磁/聲波傳播的典型電磁和聲學(xué)超材料。
• 對3D打印超材料的研究趨勢進(jìn)行了分析，并對隨著高度發(fā)展的增材制造技術(shù)而涌現(xiàn)出的新功能做出了展望。

     雖然3D打印超材料具有許多優(yōu)點，但也存在一些需要解決的限制和挑戰(zhàn)。例如，并非所有材料都適合于3D打印。3D打印工藝與材料特性之間的兼容性，不同材料一體化成形對于實現(xiàn)復(fù)雜超材料功能也至關(guān)重要。

     另一個限制是設(shè)計的復(fù)雜度。超材料的多功能設(shè)計可能需要大量計算，需要先進(jìn)的設(shè)計工具。快速發(fā)展的機器學(xué)習(xí)和生成設(shè)計方法有望可以克服這個挑戰(zhàn)，并在一定程度上自動化超材料的設(shè)計過程。最后，3D打印的制造速度也限制了大規(guī)模應(yīng)用中超材料的制造。因此，解決這些挑戰(zhàn)對于發(fā)掘多功能超材料的應(yīng)用潛力至關(guān)重要。這些瓶頸涉及材料科學(xué)、機械工程、人工智能等多學(xué)科交叉領(lǐng)域。

 展望（發(fā)展趨勢）

     3D打印超材料的發(fā)展將聚焦于在單一結(jié)構(gòu)內(nèi)集成多種功能，即多功能融合超材料。例如，具有機械可變性特征的聲學(xué)/電磁超材料可以用于實現(xiàn)可機械編程的聲學(xué)/電磁帶隙特性。3D打印超材料的發(fā)展有望改變諸多行業(yè)和領(lǐng)域，隨著研究人員不斷探索新的功能和應(yīng)用，以及增材制造技術(shù)的飛速進(jìn)步，3D打印超材料的未來在高精度、高效成形、多功能集成等方面將取得顯著的進(jìn)展。

來源 l 機械工程學(xué)報

論文引用信息：

Lingling Wu, Jiacheng Xue, Xiaoyong Tian, Tengfei Liu, Dichen Li. 3D-printed Metamaterials with Versatile Functionalities. Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers, 2023: 100091.

https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2023.100091.

(責(zé)任編輯：admin)

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