双向可调超材料

热膨胀双向编程

基于双材料三角形单元设计，可在两个正交方向上独立调控热膨胀系数，突破传统超材料仅能单向调节的限制。

Li, Jie · 刘海涛 · 张争艳

International Journal of Mechanical Sciences 2023

参数信息

热膨胀系数范围

-31.16 ~ 56.43 ppm/°C

技术优势

双向独立可调

通过双材料三角形单元设计，热膨胀系数可以在两个正交方向上独立编程，突破了传统超材料仅能单向调节的限制。

刚度可编程

通过调节单元几何参数，相对刚度可以在较大范围内定制，同时保持可调的热膨胀性能。

CTE范围宽

实测热膨胀系数覆盖 -31.16 ppm/°C 至 56.43 ppm/°C，可涵盖负膨胀到高正膨胀的多种需求。

轻质

本身具有低密度特性，同时集成可调 CTE 和可观刚度，适合对重量敏感的应用。

应用场景

• 航空航天结构：实现结构件的双向热尺寸稳定，补偿温度变化引起的变形。
• 精密仪器基板：提供可编程热膨胀基底，匹配不同材料的热膨胀差异。
• 热管理超材料：作为热管理组件，控制整体结构的热变形方向与幅度。
• 机械超材料设计：提供 CTE 与刚度解耦的设计方法，用于定制力学-热学性能。
• 3D打印超材料：通过 3D 打印制备单元，快速实现复杂结构的定制化制造。