UCI和佐治亚州理工学院研究人员的新型矩形超材料采用隔离的压缩环形元件，该元件仅通过连续的拉伸构件（在洋红色中突出显示）连接。
材料和结构的灾难性崩溃是局部限制损伤的链式反应的必然结果 - 从固体陶瓷从开发一个小裂纹后的固体陶瓷，在单个支柱的翘曲后使方式在使方法呈现。
在本周在本周发布的先进材料，加利福尼亚大学，欧文和佐治亚州理工学院的工程师描述了一种创建一类新的机械超材料，使得删除变形以防止失败。他们这样做是通过转向矩形，其中一个百年历史的设计原理，其中隔离的刚性杆集成到柔性网格中，以产生非常轻巧，自张力的桁架结构。
从950纳米直径的构件开始，该团队使用复杂的直接激光书写技术，以产生大小的尺寸在10到20微米之间。这些被建立在八个单元的超级电池中，可以与他人组装成连续结构。然后，研究人员进行了计算建模和实验室实验，并观察到构建体表现出无唯一均匀的变形行为，不含局部过度的过光或底层。
该团队表明，新的超材料具有25倍的可变形性提高和最先进的格子布置的能量吸收的数量级增加。
在与其他另外两种最先进的纳米级结构的比较中，由UCI和佐治亚科技研究人员（中心）产生的Tencygrity格子表现出25倍的变形性提高和能量吸收的数量级增加。Jens Bauer和Cameron Crook / UCI
“尤其是在建筑设计的背景下研究了态度结构，他们最近发现了一些生物系统，”高级联合协作洛伦佐·瓦尔德维特（UCI教授）的材料科学与工程教授，指导了架构材料组。“适当的周期性的态度格子在理论上是几年前由我们的合作朱利安Rimoli在佐治亚州理论上概念化，但通过这个项目，我们已经实现了这些超材料的第一个物理实施和绩效示范。”
虽然制定行星着陆器的结构配置，但格鲁吉亚技术团队发现，基于矩形的车辆可以承受严重的变形或屈曲，而不是倒塌的近的组件，在其他结构中从未观察过。
“这给了我们创造利用相同原则的超级材料的想法，这导致我们发现了第一次3D Tensegrity超材料，”乔治亚州理工学院的航空航天工程教授Rimoli。
通过新的添加剂制造技术，非常轻巧而强大的常规结构，基于微米级桁架和格子的常规结构对工程师来说是敏锐的兴趣，因为他们的潜力替代飞机，风力涡轮机叶片和一系列主人的潜力其他应用程序。虽然拥有许多理想的品质，但这些先进的材料可以类似于任何承载结构 - 如果过载，仍然容易受到灾难性破坏的影响。
“在熟悉的纳米架构材料中，失败通常以高度局部的变形开头，”机械和航空工程技术学院的UCI研究科学家第一作者Jens Bauer表示。“剪切带，表面裂缝和墙壁和支柱的一个区域可以导致链式反应导致整个结构的崩溃。”
他解释说，桁架格子在压缩成员扣上开始崩溃，因为张力的抗压不能。通常，这些部件在公共节点上互连，这意味着一旦失败，损坏就可以在整个结构中迅速传播。
相反，施加态架构的压缩构件形成闭合环，彼此隔离并且仅通过拉伸构件连接。因此，压缩构件的不稳定性只能通过拉伸负载路径传播，即提供它们不会破裂 - 不能经历不稳定性。向下推动矩形系统，整个结构均匀压缩，防止局部损坏，否则会导致灾难性失败。
根据Valdevit的说法，卫生组织也是UCI的机械和航空航天工程教授，静态超材料表现出前所未有的失效阻力，极端能量吸收，可变形性和强度，优于所有其他类型的最先进的轻质架构。
“本研究为优越的工程系统设计提供了重要的基础，从可重复使用的影响保护系统到适应性承载系统，”他说。
参考：“天赋超材料：通过划分的变形来拓扑工程系统“由Jens Bauer，Jens Bauer，朱莉A. Kraus，Cameron Crack，Julian J.Rimoli和Lorenzo Valdevit，2月5日2021年2月5日，https://doi.org/10.1002/adma.202005647.doi：
10.1002 / ADMA.202005647
Georgia Tech的Rimoli实验室的研究生Julie Kraus参加了这项研究，就像Mameron Crack，材料科学和工程中的UCI研究生一样。NASA和国家科学基金会提供资金。
