加州理工学院研究新型多链架构材料，具备独特流体和固体特性

近日，美国加州理工学院的Chiara Daraio实验室开展了一项针对新型多链架构材料（Polycatenated Architected Materials，简称PAMs）的研究，揭示了这一材料在不同应力条件下所表现出的独特性质。该材料结合了流体的柔韧性和固体的稳定性，展现出在防护装备、生物医学设备、机器人技术等多个领域的广泛应用潜力。

研究团队运用计算机建模技术设计了PAMs，模拟了传统晶体物质的晶格结构。与以固定粒子为特征的传统晶体材料不同，PAMs是由相互缠绕的环或笼状结构组成，这样的设计允许材料内部的元素彼此间进行更为动态和灵活的相互作用。这一创新的思路为材料科学开辟了新的研究方向。

为了将这一设计付诸实践，研究团队利用了先进的3D打印技术，结合多种材料如丙烯酸聚合物和金属等，制作出直径约5厘米的小型立方体或球体原型。随后，他们对这些原型进行了多种应力下的测试，以观察它们的反应。这一实验过程，包括从压缩测试到施加剪切力和流变学测试，形成了对PAMs行为的全面探讨。

在测试过程中，周文杰博士后对实验的细节进行了阐述，他表示实验从逐渐增加的压缩压力开始，随后施加横向的剪切力，进行扭转测试，以深入观察材料在不同物理力作用下的表现。实验结果显示，在剪切应力作用下，PAMs展现出了近乎“零阻力”的流动性，其内部组件像链条一样滑动；而在压缩状态下，该材料则表现出了完全刚性的特质。

Chiara Daraio教授进一步说明，PAMs的独特之处在于它填补了颗粒材料与弹性可变形材料之间的空白，代表了一种全新类型的物质。与传统的固体晶体或颗粒材料相比，PAMs不仅在结构上具备晶体的连接特性，而且内部粒子能够自由滑动和移动，从而使得这种材料能够根据外界条件在不同状态之间自由转换。

更值得一提的是，PAMs的定制性极高。研究团队表示，可以使用各种硬质或柔软的材料进行打印，并通过改变结构形状或晶格连接的方式，直接影响材料的行为。这种定制化的特性使得PAMs在应对各种外界刺激时具备相应的适应能力。

PAMs在能量吸收方面展现出的独特性能也为其应用奠定了基础。在多次测试中发现，PAMs能有效地耗散施加的能量，这使其在防护装备等需要高效能量吸收的领域表现优异。微观研究还显示，PAMs能够主动响应环境刺激，表现出在电荷和物理力作用下的膨胀或收缩特性。这为生物医学设备和软体机器人等领域的使用提供了广阔的前景。

Daraio教授强调，PAMs的研究不仅具有深远的科学意义，还是材料科学与工程领域的一次重要进展。她认为，PAMs的出现可能会重新定义现有的材料分类与功能特性，推动建构化材料领域的发展。

尽管PAMs的潜在应用范围广泛，但目前仍处于探索阶段。研究团队希望未来能够通过进一步的实验证实PAMs在各个领域的利用价值，特别是在生物医学和机器人技术方面，期望通过这些新的材料设计优化产品功能，满足不断变化的市场需求。

这项具有突破性的研究成果已于近日发表在《科学》杂志上，题为《3D多链架构材料》。它不仅展现了材料科学的未来发展方向，也为探索新型材料提供了坚实的理论基础和实验支持，值得在相关领域的研究者和工程师广泛关注。