《Materials Science and Engineering: R: Reports》刊发集团高亮教授团队关于机械超材料理性设计最新综述

10月7日，集团高亮教授团队在材料领域顶级期刊《Materials Science and Engineering: R: Reports》（影响因子31.0，年收录文章仅20余篇）上在线发表了题为“Rational designs of Mechanical Metamaterials: Formulations, Architectures, Tessellations and Prospects（机械超材料理性设计：模型、构型、分布与展望）”的最新研究成果。集团航空航天学院讲师高杰为论文第一作者，集团高亮教授、肖蜜教授为论文共同通讯作者。合作单位有澳大利亚悉尼大学（Yiu-Wing Mai教授，澳大利亚技术科学与工程院院士、澳大利亚科学院院士、英国皇家学会院士、英国皇家工程院外籍院士、欧洲科学院院士、中国工程院外籍院士）、德国魏玛包豪斯大学（Timon Rabczuk教授，欧洲科学与艺术学院院士、欧洲科学院院士、德国洪堡基金会费-吕楠奖获得者）、新加坡国立大学（闫文韬教授）、北京理工大学（李营教授）、金沙3777官方网站（周小强副教授）哈尔滨工业大学（杨志强副教授）与武汉理工大学（曹晓飞副教授）。

机械超材料是一类通过人为设计材料微尺度构型而获取特殊性能的结构材料，拥有自然常规材料不具备的特殊力学性能，是超材料的重要分支之一。因具备高强度、高韧性、低密度与超轻质等优异性能，机械超材料在现代工程装备中广泛应用。众所周知，机械超材料的优异性能主要源于其组成微结构的拓扑构型及宏观分布，而非材料的本构属性。如何以机械超材料的优异力学性能为目标，驱动机械超材料微尺度拓扑构型设计并获得其在宏观结构内的合理分布，建立机械超材料的理性设计范式，受到了学术界的广泛关注与讨论，已成为机械超材料领域的研究热点。

科研团队系统总结与梳理了机械超材料理性设计的研究进展，介绍了正向和逆向两类设计范式，以及对应的具有超轻质、负泊松比、负压缩性、手性等特殊性能的机械超材料，阐述了机械超材料的本构模型、微尺度构型、局部分布与宏观拓扑四类设计要素；凝练了机械超材料理性设计的四大目标：unique structures designed for unique functions, unique micro unit cells placed in unique locations, unique micro unit cells designed for unique properties 和unique micro unit cells evaluated by unique mechanisms；探讨了材料微结构设计与多尺度并行设计的研究现状，围绕优化设计模型的有效性、设计结构的可制造性、工程结构的可适用性与目标功能的多样性等四个方面，剖析了目前机械超材料理性设计所面临的挑战；最后展望了机械超材料理性设计的发展方向。本文抛砖引玉，旨在引起广大学者对机械超材料设计方向的研究兴趣，进一步促进机械超材料设计研究领域的发展。 

图1 机械超材料理性设计

图2 机械超材料四类设计要素：本构模型、微尺度构型、局部分布与宏观拓扑

图3 机械超材料逆向设计：材料微结构设计与多尺度并行设计

图4 机械超材料设计研究展望

上述工作得到了国家自然科学基金（52105255）、国家重点研发计划课题（2020YFB1708304）、腾讯新基石科学基金会所设立的科学探索奖和武汉市曙光计划的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927796X23000414