超材料是人工製造的功能結構材料，經過精心設計單元的構型以展現在常規材料中自然不存在的特性。它們最初由周期性的元胞構成，與電磁波相互作用從而操控波的傳輸行為，展現出諸如電磁隱形、負折射率、光束偏轉等非凡的現象。近年來，超材料的概念已經滲透到各個領域，通過3D列印技術提出並製造了紛繁多樣功能的超材料，從而實現物質與電磁、熱、聲以及機械能之間的相互作用。隨著超材料結構複雜性的增加和組分材料種類的增多，先進增材製造技術成為實現具有非凡性能和多功能融合超材料的強大工具。
西安交通大學李滌塵教授團隊，在近日發表的3D-printed Metamaterials with Versatile Functionalities 一文中，回顧了3D列印超材料在不同領域中實現的非凡性能，分析了結構、功能和製造過程之間的關係，介紹了通過3D列印技術實現的多種功能超材料的最新研究，並為3D列印超材料未來的發展趨勢提供了分析和討論。
圖1
論文連結：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772665723000302
/ 研究難點或瓶頸
- 文章介紹了機械超材料的最新發展，包括用於能量吸收、振動隔離、機械存儲、機械邏輯門、等方面的超材料。
- 分析了具有熱聚焦、隱形、旋轉功能等熱超材料以及它們的應用。
- 分別回顧了一些已經開發出來用於控制電磁/聲波傳播的典型電磁和聲學超材料。
- 對3D列印超材料的研究趨勢進行了分析，並對隨著高度發展的增材製造技術而湧現出的新功能做出了展望。
雖然3D列印超材料具有許多優點，但也存在一些需要解決的限制和挑戰。例如，並非所有材料都適合於3D列印。3D列印工藝與材料特性之間的兼容性，不同材料一體化成形對於實現複雜超材料功能也至關重要。
另一個限制是設計的複雜度。超材料的多功能設計可能需要大量計算，需要先進的設計工具。快速發展的機器學習和生成設計方法有望可以克服這個挑戰，並在一定程度上自動化超材料的設計過程。最後，3D列印的製造速度也限制了大規模應用中超材料的製造。因此，解決這些挑戰對於發掘多功能超材料的應用潛力至關重要。這些瓶頸涉及材料科學、機械工程、人工智慧等多學科交叉領域。
/ 展望（發展趨勢）
3D列印超材料的發展將聚焦於在單一結構內集成多種功能，即多功能融合超材料。例如，具有機械可變性特徵的聲學/電磁超材料可以用於實現可機械編程的聲學/電磁帶隙特性。3D列印超材料的發展有望改變諸多行業和領域，隨著研究人員不斷探索新的功能和應用，以及增材製造技術的飛速進步，3D列印超材料的未來在高精度、高效成形、多功能集成等方面將取得顯著的進展。
來源 l 機械工程學報
文章來源: https://twgreatdaily.com/129a7147c64727a29e327d568b35f925.html