微纳材料新奇物理特性启发的宏观超材料设计

微纳尺度极限下的材料具有新奇的物理和力学特性，比如超润滑性、超柔韧性、负热膨胀性、负压缩性、负泊松比效应、非互易弯曲特性等，这些特性的物理机制为宏观超材料的设计提供了丰富的方向和思路。通过模仿自然界生物组织的结构形态特征而实现具有相似功能的结构仿生设计方法已成为开发超材料的重要创新源泉，该科研方向将模仿对象从生物组织结构延伸到组成物体的晶格，分子甚至原子等微观基础单元，模仿微纳尺度的物理机制设计新的超材料。例如：受多晶金属晶界强化机制启发的多晶型高强度建筑材料；受烧绿石晶体的拓扑原子结构启发的具有反常非互易弹性响应的拓扑机械超材料。该研究方向致力于搭建一条沟通微纳材料物理特性与宏观结构物理特性的桥梁，将微纳材料的物理机制应用到宏观超材料的设计中，设计出具有新奇力学、物理性能的超材料。这不仅为力学超材料提供了创新性的设计方法，同时也为拓展微纳材料新奇特性在宏观尺度下的应用提供了有效途径，有望在重大工业设备和装备中获得应用。