通过微观结构设计优化整体性能，新方法制出坚固又有弹性的合成超材料

工程师们找到了一种制造既坚固又有弹性的超材料的方法。这种基础材料通常非常坚硬且易碎，但通过打印出精确复杂的图案，可形成既坚固又灵活的结构。图片来源：美国麻省理工学院

美国麻省理工学院团队开发出一种制造既坚固又有弹性的超材料的方法。这种材料通常非常坚硬且易碎，但通过打印出精确复杂的图案，可以形成既坚固又灵活的结构。这项研究成果发表在最新一期《自然·材料学》杂志上。

在超材料设计领域，“越强越好”一直是主导规则。超材料是一种具有微观结构的合成材料，能够赋予材料整体卓越的性能。然而，追求更强硬度的同时往往牺牲了材料的柔韧性。为了解决这一问题，团队设计了一种结合坚硬的微观支撑结构和更柔软的编织结构的“双网络”。这种新材料由类似有机玻璃的聚合物制成，能够拉伸至自身尺寸的4倍以上而不会断裂，而其他形式的聚合物几乎没有拉伸性。

这种新型双网络设计不仅适用于聚合物，还可以应用于制造弹性陶瓷、玻璃和金属等材料。这些坚韧而灵活的材料可用于制作抗撕裂纺织品、柔性半导体、电子芯片封装以及用于组织修复的细胞培养支架等。

该团队通过结合两种微观结构创建了这种超材料：一个是刚性的网格状支架，由支柱和桁架组成；另一个是由线圈组成的结构，环绕着每个支柱和桁架。这两种材料均由同一种丙烯酸塑料制成，并使用高精度激光打印技术——双光子光刻一次性完成。

团队对这种新型双网络超材料进行了多种压力测试，包括将样品连接到纳米机械压机上以测量其拉伸强度，并录制高分辨率视频观察其拉伸和撕裂过程。结果表明，与传统格子图案的超材料相比，新设计能拉伸至自身长度的3倍，是传统设计拉伸能力的十倍。此外，通过在材料中引入策略性孔洞（即“缺陷”），可以进一步分散应力，提高材料的弹性和耐撕裂性。

这一进展标志着材料科学领域的重大突破，展示了如何通过微观结构的设计来优化材料的整体性能。