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我院一项国际合作成果被《美国科学院院刊》(PNAS)杂志发表
2017-03-22 16:14  

3月20日,国际学术期刊《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,简称PNAS)发表了由我校机械工程学院天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室杨楠副教授和哈佛大学Wyss生物启发工程研究所(Wyss Institute for Biologically-Inspired Engineering, Harvard University)Jesse L. Silverberg博士合作的研究成果《模块化超材料局部机械性能在大尺度结构中的解耦》(Decoupling local mechanics from large-scale structure in modular metamaterials)。这是我校首次以第一作者、通讯作者和第一单位在PNAS上发表高水平研究论文。 

 

超材料设计方法掀起材料科学新革命

目前的材料设计方法在相对狭窄的范围内调节材料性能,越来越显露出其局限性,“超材料通过特定模式装配简单的元素,能产生如负的折射率、负泊松比、负刚度和多稳态等一系列罕见的性能。我们在折纸艺术(Origami)和乐高(Lego)玩具组装方式的启发下,提出了一种使机械性能在整体结构中获得解耦的超材料设计新观念。”杨楠副教授饶有兴趣地说:“我和Jesse都有小孩子,有一次我们突然意识到,我们所寻求的解决方案原来蕴藏在被孩子们洒落一地的玩具当中!”。国际业内专家这样评价此研究:这是一项彻底全面的工作,一个新观念,它将引发超材料这一活跃研究领域的重大变化。 

 

超材料可应用于航空航天、机械、生物材料和医药等领域

经过一年多的研究,团队设计出了一些有趣的机械超材料作为对该理念的验证和应用,如力学“隐形”装置和应变“隐形”装置;同时生成了可以具有复杂结构(如:三重周期最小表面、自然组织中的微观多孔结构等)的可折叠多孔超材料。“我们设计的超材料就像一个振动波整形器,例如,对于地震而言,我们可以应用此材料来保护建筑物;此外,多孔超材料可以作为支架应用在组织工程之中,促进细胞和环境间的物质、能量交换;该材料中的一个单元本身可以充当机器人执行抓取、运送和释放等任务。就学术价值而言,该材料的一些特性具有物理学意义上的研究价值。”杨楠教授最后说:“目前这种超材料可应用在航空航天、机械、生物材料和医药等领域。今后会向哪些领域拓展,尚有无限可能。” 

PNAS是被引用次数最多的综合学科文献之一,是公认的世界四大名刊之一(Nature、Science、Cell、PNAS)。自1914年创刊至今,PNAS提供具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾、具有前瞻性的学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。PNAS在SCI综合科学类排名第三位,2016年期刊影响力h5指数为215,居世界第八位,2015-2016年影响因子为9.423,在SCIE所有期刊中,其特征因子位列世界第二位,因而已成为全球科研人员不可缺少的科研资料。 

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