山东大学材料学院刘峣教授、张子栋教授团队与清华大学周济院士团队合作发表负泊松比超材料综述

近日，山东大学材料学院刘峣教授、张子栋教授团队与清华大学周济院士团队合作，在结构工程领域国际权威期刊Engineering Structures发表题为“Mechanical metamaterials with negative Poisson’s ratio: A review”的综述文章。文章系统总结了负泊松比超材料的分类、变形机制、制造方法、力学特性及其应用领域，并深入探讨了当前研究面临的挑战与未来发展趋势，旨在激发结构设计的创新并提升其工程应用价值。山东大学博士研究生张璐婕、清华大学博士研究生颜森为本文的共同第一作者，刘峣教授、张子栋教授为本文的通讯作者，山东大学为第一完成单位和通讯单位。

图1.负泊松比超材料的基本结构、制造、性能及应用。内部的水滴形区域描绘了负泊松比超材料的三种基本结构。外部环形区域进一步划分为三个部分，分别概述了制造方法、力学特性及其典型应用。

力学超材料是一种经过精心设计的人造材料，能够展现出超越自然材料的优异力学性能。这些独特特性主要源自其结构设计，而非材料本身。作为力学超材料的重要分支，负泊松比超材料因其反直觉的变形行为（在拉伸时横向膨胀、在压缩时横向收缩）而备受关注。凭借这一负泊松比效应，该类超材料表现出高剪切模量、曲面同向性和优异的抗冲击性能等特性，在生物医学、防护装置、车辆安全、传感器及驱动器等领域具有广阔的应用前景。

图2.负泊松比超材料在需求、设计、制造和应用方面的未来发展。

尽管负泊松比超材料展现出了巨大的应用潜力，但目前仍面临一些挑战。首先，如何实现可定制化的负泊松比变形以及兼顾多种功能是当前研究的重点。其次，将机器学习技术融入负泊松比超材料的设计中，能够提升设计效率，拓展分级和多尺度设计的可能性，从而促进可调泊松比超材料的开发。但是，复杂的结构设计和制造工艺限制了负泊松比超材料的大规模生产和应用。最后，耐久性和成本问题也是限制其广泛应用的关键因素。因此，未来研究应聚焦于提高超材料的可靠性和降低成本。随着材料科学、力学和制造技术的不断进步，负泊松比超材料有望在更多领域实现突破性应用，为现代科技的发展提供新的动力与解决方案。

该工作得到国家自然科学基金、航空科学基金、山东省重点研发计划等项目的资助。