近日，在國(guó)家自然科學(xué)基金支持下，中國(guó)石油大學(xué)（北京）新能源與材料學(xué)院郝世杰教授研究團(tuán)隊(duì)在《Advanced Functional Materials》期刊上發(fā)表題為《Bistable-Shape Memory Synergy Enables Self-triggered Snap-Through with Ultrahigh Energy Density》的研究論文。論文第一作者為新能源與材料學(xué)院博士生李昊航。
該研究提出了一種將形狀記憶合金（SMA）的熱誘導(dǎo)相變與雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的快速變形機(jī)制相結(jié)合的新方法，構(gòu)建出一種智能雙穩(wěn)態(tài)驅(qū)動(dòng)器。該器件通過(guò)熱激活實(shí)現(xiàn)自觸發(fā)，無(wú)需外部機(jī)械執(zhí)行器介入，具有高能量密度特性。熱致馬氏體逆相變與結(jié)構(gòu)約束的協(xié)同作用，使其體積能量密度超過(guò)已報(bào)道的雙穩(wěn)態(tài)驅(qū)動(dòng)器最高值。通過(guò)調(diào)控幾何參數(shù)以優(yōu)化局部應(yīng)變與馬氏體取向，該驅(qū)動(dòng)器可發(fā)射達(dá)自身質(zhì)量1176倍的有效載荷，實(shí)現(xiàn)265 mm的跳躍高度（相當(dāng)于自身高度的30倍），并在4毫秒內(nèi)完成快速響應(yīng)。擴(kuò)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還支持多模式驅(qū)動(dòng)功能，包括水平彈射、扭矩旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)及溫度編程的多步抓取與跳躍動(dòng)作。本研究提出的材料-結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)策略為開(kāi)發(fā)高能量密度的智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供了新途徑，在機(jī)器人、微自動(dòng)化系統(tǒng)與智能執(zhí)行器等領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用潛力。
《Advanced Functional Materials》是Wiley出版社旗下的高質(zhì)量材料科學(xué)期刊，創(chuàng)刊于2001年，專注于功能材料的前沿研究，涵蓋納米技術(shù)、化學(xué)、物理、生物學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域。2025年影響因子19.0，五年平均影響因子19.4，中科院分區(qū)材料科學(xué)1區(qū)TOP期刊，以快速公正的同行評(píng)審和高影響力著稱。
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