科大研究团队打破柔性复合材料的力学对称性 开创机械智能新方向

由香港科技大学（科大）机械及航空航天工程学系胡文琪教授与物理系许钦教授联合领导的研究团队，近日在柔性复合材料领域取得重大突破，研发出一种具高度可编程性且具非对称力学响应的新型柔性复合材料系统。 团队成功将〝剪切─堵塞〞相变机制融入高分子聚合物基体，为实现机械智能系统提供了关键的材料基础，迈出了发展新一代智能材料与装置的重要一步。

在软件机器人、仿生组织及柔性电子等前沿工程领域中，能够对外部刺激作出特异性响应的材料，是实现智能功能的关键。 然而，传统设计多依赖具有非线性结构或复杂几何构造的超材料，这些离散结构往往对缺陷和断裂极为敏感，限制了其工程实用性。 有别于传统方式，许教授和胡教授的研究提出了一种全新设计范式，利用〝剪切─堵塞〞相变物理机制发展出柔性复合材料，展现出独特的科学优势与工程潜力。

这项研究的主要科学与工程突破包括：

• 多维度方向控制：研究团队制备的柔性复合体在剪切与法向两个方向上同时展现出非互易性力学行为，实现对不同加载路径的方向的灵敏响应，并且具备非对称材料形状记忆特性，可进行多维度方向控制。 
• 可编程且高韧：有别于传统脆弱的刚性超材料，柔性复合材料不仅具有高度可编程的力学特性，同时具备出色的抗断裂能力，展现出高韧性。 透过调控其内在的〝剪切─堵塞〞相变过程，可以精确控制材料性质，从而自主制订所需力学响应，以满足不同应用需求。 
• 活性智能新材料：研究团队进一步将〝剪切─堵塞〞结构与空间调变的磁性分布相结合，创造出能自主运动的〝软件活性固体〞。 这种活性智能新材料可用作仿生软件机器人，在狭小环境中灵活移动; 也可以作为智能阀门，在微流控系统中实现选择性流控。

从科学角度而言，该研究创新地结合颗粒物理学与高分子材料科学，建立了具有非互易力学性质的新型软物质体系；在工程应用方面，研究团队为制备各类具有方向特异性响应的柔性复合材料提供了一种既高效且通用的设计策略，此研究不仅为实现机械智能奠定了基础，更为新一代智能及节能材料的开发开辟了全新途径。

这项跨学科研究由科大机械及航空航天工程学系和物理系的研究人员共同领导，并于《自然．材料》（Nature Materials）期刊发表。 科大物理系博士生徐畅为论文的第一作者。 该研究获香港研究资助局和科大海洋机器人及蓝色经济技术基金资助。

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（原文由香港科技大学环球事务及传讯处在此发布。）