更新时间：2025-05-19 10:56作者：佚名
在漫画《海贼王》中，路飞的橡胶臂在伸展后会获得巨大的能量，并在反弹的那一刻击败对手。
现在，漫画已经成为现实！研究人员创建了一种超材料，即在一定程度上延伸，它将激活存储在材料中的能量，一旦放开，爆炸力将是惊人的。研究人员还可以按需编程此材料以设计和控制超材料。
这种超材料的创造者是哈尔滨理工学院（深圳）副教授梁尚（Liang Xudong）及其合作团队。最近，相关结果发表在美国《国家科学院院刊》。
论文评论专家认为：“这项工作具有高质量，并为机械超材料领域的发展做出了创新的贡献。”
超材料配方：磁铁+橡胶
许多人小时候玩过橡皮筋，当他们用力伸展橡皮筋并突然松动时，它立即弹出。想象一下，现在有一个超级橡皮筋，当它将其伸展到一个节点然后放开时，它将飞得很远。
这个虚构的超级橡皮筋是该团队正在创建的一种“磁弹性机械超材料”。这种超材料有两个主角：磁铁和橡胶。
两种最初无关的材料的组合将产生什么样的“魔术”？
“我们使用激光切割机从特定的孔结构中'挖出橡胶，并在孔中嵌入磁铁。拉伸材料时，我们使用称为“相位变化”的物理特性来吸收和释放巨大的能量。”该论文的第一作者和通讯作者Liang Xudong告诉《中国科学报》。
当材料从一个状态到另一个状态过渡时，会发生“相变”。例如，固体，液体和气体的三个状态的变化是非常典型的“相变”。当冰融化成水或水变成水蒸气时，它必须吸收大量能量。当水凝固成冰时，它必须释放大量能量。冰和水，水和水蒸气都是物质的两个“相”。
但是，上述“相变”通常发生在原子和分子尺度上，并且很难捕获和操纵它们。
这项研究是在宏观水平上进行的，所选材料没有兴奋。用于实验的磁铁直径为3毫米，并与橡胶一起在普通商店购买。俗话说，“普通创造出色”，这种常见的材料实际上创造了非凡的超级大国。
“相变”是超级大国的核心，它来自两个能量的叠加效应。
Liang Xudong解释说，磁铁可以吸引和排斥。嵌入橡胶中后，彼此吸引的磁铁将关闭孔，彼此排斥的磁铁将打开孔，这是磁场的能量。当剧烈拉伸橡胶时，橡胶本身会机械变形并存储一些弹性特性。叠加的这两个能量将转化为超材料动能，并释放更强的爆炸能力。
从大自然中获得灵感
马萨诸塞州阿默斯特大学（University of Massachusetts Amherst）的论文作者兼聚合物教授Alfred J. Crosby说：“我们从可以像闪电一样快速反应的生物中汲取了灵感，例如金星捕蝇器能够快速关闭的能力，因此飞行昆虫没有时间逃脱。”
Liang Xudong以螳螂虾为例。 “螳螂虾是一个非常神奇的生物。在底部环境的极大阻力下，它的前爪在仅0.01秒内加速至每秒30米的速度，打破了贝壳或像锤子一样击倒掠食者。”
这种短期且非常高速的爆发运动是研究团队在高速变形条件下对软物质的机械研究想要实现的实验效应。
分析实验原则的原则是更好地控制它并为未来的应用奠定基础。经过重复实验后，他们发现改变三个方面可以控制“相变”磁场，孔的排列和尺寸以及橡胶材料的选择。
为此，他们特别开发了一种数学模型，可以按需编程材料来设计和控制“相变”。克罗斯比说：“您可以制作任何想要的'相位变更'材料。”
这*扩大了材料的应用前景，例如将它们与软件机器人结合在一起。 “我们所取得的结果可用于使软件机器人的能量单位进行。通过存储能量和输出能量，软件机器人可以产生高速运动，就像披披披披披披万氏虾的前爪，并立即敲开血液块。” Liang Xudong说。
除了应用能量释放外，它还可以在保护材料领域取得巨大成就。
汽车制造商非常重视汽车反碰撞结构的生产。当汽车猛烈碰撞时，它还可以使用超材料的“相变”原则来减慢影响，吸收能量并解决大部分影响能量，从而实现保护汽车中乘客的目的。
这种“技能”也可用于制造新的安全头盔，甚至可以用来制造航空母舰的阻塞电缆工具。
带有跨学科学科的“狂欢节”
Liang Xudong于2010年毕业于Sun Yat-Sen University，然后被录取到Tsinghua大学学*机械师的硕士学位，并于2013年获得硕士学位。
然后，他去了加州大学圣地亚哥分校学*，他的专业是机械工程。目前，Liang Xudong更多地关注固体力学，并且没有参与高速变形下的机械超材料的研究。直到他在马萨诸塞大学阿默斯特大学进行博士后研究之前，他的研究视野突然开放。
在比较了先前使用磁铁来调节机械性能的前人员的工作之后，综述专家说：“以前的研究并未表现出与本文类似的系统理论分析的深度。”
在谈论这项研究成功的“秘密”时，Liang Xudong认为这是学科的交集。从他的学*经验来看，Liang Xudong的专业在此过程中一直在变化。他逐渐意识到，只有通过打破学科之间的束缚并形成知识的聚集，他才能拓宽视野和视野。
“学科的交集是科学研究中非常幸运的事情。” Liang Xudong说：“不同学科，不同领域和不同想法创造的火花是最辉煌的。跨学科学科的“狂欢节”也是我进行科学研究的灵感和动力。”
记者Zhang Qingdan
资料来源：中国科学日报