Mechanically Programmable Composite Metamaterials with Switchable Positive/Negative Poisson's Ratio

材料科学 超材料 复合数 复合材料 相(物质) 辅助 智能材料 变形 光电子学 计算机科学 计算机视觉 有机化学 化学
作者
Lamei Du,Wei Shi,Han Gao,Hongxing Jia,Qiuting Zhang,Mingjie Liu,Ye Xu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (22) 被引量:40
标识
DOI:10.1002/adfm.202314123
摘要

Abstract Design of mechanical metamaterials with a negative Poisson's ratio (NPR), known as auxetics, is of great importance in the development of flexible electronics and tissue engineering. However, the mechanical performance of conventional auxetic metamaterials is largely hindered by the high porosity and lack of tunability, which restricts their practical engineering applications. Here, this study presents a programmable approach for designing integrated two‐phase auxetic composite metamaterials with pore‐free structure, robust interfaces, and customized mechanical properties by substituting the vacancy of the auxetic lattices (frame phase) with hydrogel‐based soft fillers (matrix phase). Manipulated by two‐phase stiffness contrast, integrated composite metamaterials exhibit a functional transition between auxetic and non‐auxetic behaviors. Rationally designing Young's modulus ratios in spatial domains endows the programming of composite metamaterials with the desired spatial heterogeneity. Furthermore, the incorporation of temperature‐responsive hydrogels to auxetic frames also enbles the development of dynamic programmable composites with the thermo‐driven adaptability. As a practical application demonstration, designed programmable composites are used to dynamically tune the phononic bandgaps. The design strategy of integrated two‐phase composite metamaterials paves the way for the development of advanced auxetic engineering materials with programmable mechanical properties, providing opportunity for conformal electronic patches, bio‐scaffolds, and smart functionality applications.
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