2022年11月17号，澳洲卡尔斯鲁厄理工学院在《Materials Today》期刊上发表题为3D optomechanical metamaterials的研究论文，报道了用液晶弹性体构造具有两种不同定向方向的单元结构，打开了3D光机械超材料的领域，为刺激响应型材料结构带来更多可能性。
//doi.org/10.1016/j.mattod.2022.08.020
研究简介
理想情况下，许多材料都应该有一个“旋钮”，允许随意改变并连续调整其属性。近期备受关注的一种人造材料为这种极端的刺激反应水平提供了巨大的可能性，这种材料被称为微米级的超材料。超材料的有效性能主要来自其设计的微结构，而不是其组成材料。因此，如果能够通过施加外部刺激来显著改变微观结构，就能够改变超材料的有效性能。本研究提出了由液晶弹性体组成的机械超材料，其定向场在3D打印过程中排列成定制的复杂三维(3D)图案。研究中所提出的例子均克服了响应性机械超材料的主要限制，同时研究人员预见了沿着这些路线制造的许多可能的三维响应性微结构。
研究内容解读
在本研究中，研究人员考虑了可以被光刺激的经典弹性之内和之外的机械超材料，打开了3D光机械超材料的领域。从液晶弹性体开始，构造具有两种不同定向方向的单元结构。众所周知，定向液晶弹性体的各向异性是由于聚合物网络微结构引起的。因此研究人员构建基于这些弯曲单元的数量的超材料机制。第一种情况属于经典弹性；第二种情况超越经典弹性。对于这两种情况，通过沿一个晶体方向施加位移，并通过光学显微镜数字图像，分析在亚单胞尺度上的行为，测量到了有效的超材料行为。该研究描述了一种经典(柯西)线弹性超材料和一种非经典微极性手性超材料，其有效材料参数的符号可以通过LED蓝光在10-30W/cm2的光强度下照射样本而翻转。该方法利用了最近出现的在微米尺度上3D打印复杂三维分布的液晶-定向场。通过原理证明实验，克服了以前在响应性机械超材料领域的限制，这些限制要么是宏观模型，要么是二维的，要么只显示有限的参数调谐范围。随着样品质量和所含单位细胞数量的进一步改进，刺激响应设计的材料结构有了更多的可能性。
图1 三维液晶定向场的定义。
图2 光敏树脂的组成和行为。
图3光可调谐的塑性超材料。
图4光可调手性弹性超材料。
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