双三角热胀超材料

冷热皆胀

一种同时具有热膨胀和泊松比符号可切换的超材料，冷热均膨胀、拉压均横向膨胀。

Hao, Wu · 富明慧 · Mingming, Chen · Wen, Jiang · Zhong, Rongchang · Zheng, Binbin · Huang, Jingxiang

Mechanics of Materials 2024

技术优势

冷热均膨胀

无论环境温度升高还是降低，该超材料均表现出膨胀特性，从根源上避免了传统材料因冷缩导致的松动。

拉压均横向膨胀

在单轴拉伸或压缩载荷下，该材料的横向均发生膨胀，这一罕见的力学响应可用于需要自锁或定位的场合。

参数瞬时切换符号

热膨胀系数和泊松比在不同载荷状态下瞬时改变符号，使材料能够快速适应不同的热-力学环境。

拉伸压缩刚度差异显著

该超材料在拉伸和压缩时表现出显著不同的刚度，实现类似单向阀的力学行为，可用于需要方向性承载的结构。

应用场景

• 航空航天紧固件：在温度波动和机械载荷下始终膨胀或保持配合，防止松动，可用于永久锁紧的紧固件。
• 精密定位组件：拉压均横向膨胀的特性使其在加载下产生可预测的横向位移，可用于精密定位与自锁机构。
• 温变补偿结构：在温度升高和降低时均膨胀，可用于抵消其他部件的热变形，实现温度补偿。