雖然大多數(shù)可重構(gòu)材料已經(jīng)具備了在兩種不同狀態(tài)之間切換的性能，但據(jù)phys.org網(wǎng)站報道，美國加州理工學(xué)院、喬治亞理工學(xué)院和瑞士蘇世黎聯(lián)邦理工學(xué)院的聯(lián)合研究團隊已更進一步，在JuliaR.Greer實驗室開發(fā)了一種新型納米構(gòu)架超材料，它可以根據(jù)需求排列成復(fù)雜的周期性晶格或非周期性自定義結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)。該材料有望用于下一代能源儲存和生物植入微型設(shè)備。相關(guān)研究成果發(fā)布于《自然》雜志。

大多數(shù)形變材料都需要持續(xù)的外部刺激才能產(chǎn)生形變，以及維持形變狀態(tài)。例如，海綿在干燥時是一種狀態(tài)，吸水之后才會膨脹。相比之下，Greer等開發(fā)的納米材料是通過電化學(xué)驅(qū)動的硅鋰合金產(chǎn)生形變的，這意味著它可以精細地表達任何“中間狀態(tài)”，并且在移除刺激后保持形變結(jié)構(gòu)。該材料的另一大優(yōu)點在于，它的形變狀態(tài)很容易逆轉(zhuǎn)。

結(jié)構(gòu)缺陷幾乎存在于所有材料中，它對材料性能有很大影響。Greer團隊選擇利用缺陷來賦予材料新特性。加州理工學(xué)院研究生、論文第一作者XiaoxingXia說：“這項工作最有趣的地方是，我們利用了缺陷在動態(tài)響應(yīng)架構(gòu)材料中的關(guān)鍵作用?！?/p>

Greer等設(shè)計了一種覆硅晶格，其微觀直線結(jié)構(gòu)可在電化學(xué)激發(fā)下彎曲，進而具備獨特的機械和振動特性。接著，Greer等使用超高分辨率的雙光子光刻3D打印工藝制造了材料。利用這種工藝，他們能夠在材料結(jié)構(gòu)中按需構(gòu)建缺陷。在測試實驗中，Greer等利用這種材料制作了一張薄片，在電氣控制下，它顯示出了加州理工學(xué)院的logo。Greer說：“材料與人一樣，正是這些不完美的缺陷讓它們變得更加有趣。我一直對材料缺陷很感興趣。Xia成功發(fā)現(xiàn)了不同類型的缺陷對超材料的影響，我們在此基礎(chǔ)上設(shè)計出了特定圖案，使其能在電化學(xué)刺激下顯現(xiàn)?！?/p>

Greer認為，超材料具有的精細可控的形變能力，在未來的儲能系統(tǒng)中頗具應(yīng)用潛質(zhì)。它可以提供自適應(yīng)儲能途徑：使電池變得更輕、更安全、壽命更長。某些電池材料在儲能過程中會膨脹，反復(fù)膨脹、收縮產(chǎn)生的應(yīng)力會造成材料機械性能退化。新材料的良好自適應(yīng)性可以完美地應(yīng)對類似的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。

喬治亞理工學(xué)院特種航天工程學(xué)助理教授ClaudioV.DiLeo總結(jié)說：“電化學(xué)活性超材料為開發(fā)新一代智能電池提供了新方向。我們正在開發(fā)計算工具來預(yù)測這種復(fù)雜的機電耦合行為?！?/p>