面向智能响应的多功能机械超材料设计与应用

何流，刘薛峰，熊顺康，邓畅，杨磊，闫春泽，史玉升（华中科技大学 材料成形与模具技术全国重点实验室）

摘要：机械超材料通过结构单元拓扑设计、多材料配合与尺度协同设计，使材料在宏观层面获得超越天然材料的力学性能调控能力，为突破自然材料约束提供了新思路，在航空航天、深海探测和智能装备等领域具有广阔的应用前景。近年来，随着物理原理创新、设计方法优化和制造方法升级，机械超材料正由单一性能设计，向多功能集成、可编程响应与外场调控方向演进。多功能机械超材料不局限于实现低频减振、负泊松比、各向异性等单一性能，还能通过结构重构实现力-位移曲线、泊松比和波传播行为的动态调节，打破了机械超材料设计后性能固定的局限性。本文系统回顾了面向智能响应的多功能机械超材料的研究进展与发展趋势，重点聚焦准零刚度、负泊松比、带隙调控等功能的机械超材料实现可编程设计与外场驱动多模态的研究现状，并对该项技术的未来发展趋势提出了设想，包括研究应聚焦于高效集成的单胞设计、多物理场耦合下的原位调节模拟与精确设计，基于新型物理机制、智能材料与先进制造技术推动机械超材料从被动设计走向主动智能，实现其在复杂工况下的广泛应用。

关键词：机械超材料；多功能设计；可编程超材料；多模态；多物理场耦合；准零刚度