科技日報記者 張夢然
美國麻省理工學院團隊開發出一種制造既堅固又有彈性的超材料的方法。這種材料通常非常堅硬且易碎，但通過打印出精確復雜的圖案，可以形成既堅固又靈活的結構。這項研究成果發表在最新一期《自然·材料學》雜志上。
在超材料設計領域，“越強越好”一直是主導規則。超材料是一種具有微觀結構的合成材料，能夠賦予材料整體卓越的性能。然而，追求更強硬度的同時往往犧牲了材料的柔韌性。為了解決這一問題，團隊設計了一種結合堅硬的微觀支撐結構和更柔軟的編織結構的“雙網絡”。這種新材料由類似有機玻璃的聚合物制成，能夠拉伸至自身尺寸的4倍以上而不會斷裂，而其他形式的聚合物幾乎沒有拉伸性。
這種新型雙網絡設計不僅適用于聚合物，還可以應用于制造彈性陶瓷、玻璃和金屬等材料。這些堅韌而靈活的材料可用于制作抗撕裂紡織品、柔性半導體、電子芯片封裝以及用于組織修復的細胞培養支架等。
該團隊通過結合兩種微觀結構創建了這種超材料：一個是剛性的網格狀支架，由支柱和桁架組成；另一個是由線圈組成的結構，環繞著每個支柱和桁架。這兩種材料均由同一種丙烯酸塑料制成，并使用高精度激光打印技術——雙光子光刻一次性完成。
團隊對這種新型雙網絡超材料進行了多種壓力測試，包括將樣品連接到納米機械壓機上以測量其拉伸強度，并錄制高分辨率視頻觀察其拉伸和撕裂過程。結果表明，與傳統格子圖案的超材料相比，新設計能拉伸至自身長度的3倍，是傳統設計拉伸能力的十倍。此外，通過在材料中引入策略性孔洞（即“缺陷”），可以進一步分散應力，提高材料的彈性和耐撕裂性。
這一進展標志著材料科學領域的重大突破，展示了如何通過微觀結構的設計來優化材料的整體性能。
總編輯圈點
材料的微觀結構猶如一座精密的“納米級建筑”，微觀結構的細微調整，往往會對材料的性能產生“牽一發而動全身”的影響。例如，在金屬材料中，晶粒尺寸、相分布、缺陷形態等要素的變化，直接決定材料的強度、韌性、導電性等宏觀性能。如今，結合分子動力學模擬、高通量計算、深度學習、3D打印等先進技術手段，材料設計領域的科學家們能夠更加精準地預測不同微觀結構設計對材料性能的影響，并實現新型材料的“按需定制”。
