1. 展示了一个单一的形状记忆聚合物（shape memory polymers，SMP）系统，其能量通过局部预应力和反向刚度从TA（transformation aids）转换为可逆的、多模态的、混合模态的和多阶的变形，同时通过形状锁定保持其结构刚度；
2. 热机械变形也产生对称性破坏，提供了可调性能和功能的潜力；
3. 可更换TA是多功能的，可重新配置为复杂形状，如混合模式和功能梯度结构；
4. 可用于可重构结构、调谐对称性和手性，特别是有源声学超材料、可展开器件和生物医学器件；
5. TA局部变形的力学设计方法以及与温度相关的晶格刚度下降的相互作用为热触发活性超材料的稳健设计开辟了一条新途径。
与其他可编程结构相比，具有形状记忆聚合物（SMP）的热触发活性超材料在具有可重构性的结构应用中显示出更大的潜力，因为它们具有形状锁定的时间刚性条件。然而，由于缺乏具有合理力学模型的适应性策略，大多数基于SMP的活性超材料并没有表现出复杂的转变，例如多模态和不对称变形。此外，传统的SMP具有不可逆转的关键缺点，限制了其对活性超材料的可重构性。
近日，上海交通大学密西根学院Jaehyung Ju教授团队以题为《Thermomechanically Triggered Reversible Multi-Transformability of a Single Material System by Energy Swapping and Shape Memory Effects》在《Advanced Functional Materials》上报道了一种热机械触发方法，该方法可以通过智能结构设计克服SMP的不可逆转变，使单一材料系统产生可逆变形。通过在参考晶格结构和辅助相变（TA）之间进行应变-能量交换，我们展示了具有形状锁定的晶格结构的可逆、多模态、多步、混合模态和不对称变形。TA的几何结构是由相互作用的弯曲力学和反向刚度设计的，可以实现使用传统触发方法无法实现的复杂而通用的转换。
图1：通过选择性能量交换和形状记忆效应，具有单一材料系统晶格的热机械触发可逆、多模态和混合模态变形。
（a）可逆变换的说明：直方格到弯曲的第2步和弯曲的点阵回到直的第4步；弹簧缓冲器模型说明了PLA浅蓝色和TPU深黄色材料的应力状态。（b）PLA和TPU的温度相关模量，在60C°下显示出反向刚度效应。（c）具有各种TA几何形状的单一材料系统的多模态和不对称变形。T（I）和T（II）分别表示转换I和转换II。
图2。
形前（a）和变形后（b）TA和晶格的代表性梁构件；黄色弯曲梁代表使用TPU制成的TA，蓝色直梁代表使用PLA制成的晶格。
图3。
（a）模式1的晶格（lp）和TA（lt）所需的光束长度；（b）第1步组装后的晶格（蓝色）和TA（黄色）的几何形状；（c）步骤2变形后晶格（蓝色）和TA（黄色）的几何形状；（d）用于相位图的模式1和模式2的TA梁构件的几何参数；（e）在模式1中改变r0和Dt0所需的点阵梁构件的长度lp0；（f）用于在模式1中改变r0和Dt0的G；（g）点阵梁构件所需的长度，lp0用于在模式2中改变r0和D't0；（h）G用于在模式2中改变r0和D't0；bp是晶格梁构件的厚度。对于模式1和2，lt0分别为40和20毫米。bt=2毫米，bp=2毫米。
图4。
可热重构三角形（手性）、方形（手性和非手性）和六边形（手性和非手性）晶格的实验和模拟：（a）在图1的步骤1中预加载的组装；（b）图1步骤2加热后变形；（c）施加集中力的区域附近的放大图像；（d）有限元模拟期间晶格的变形形状；（e）TA和晶格在TL和TH处的能量；（f）在TL组装后使各种晶格变形所需的应变能。TA的几何参数如下：lt0（模式1为40mm，模式2为20mm），D't0（模式1为3mm，模式2为2mm），bt=2mm，ht=5mm，和r0=3毫米。晶格的几何参数如下：bp=2mm和hp=2mm。
图5。
形状记忆效应的恢复：（a）恢复变换的概念；（b）热机械循环的温度应变应力图下的恢复步骤；（c）冷却和拆卸后变形的晶格以及重新加热至TH后具有形状记忆效应的恢复晶格，重复十个循环。
图6。
具有混合模态TA、三角形（a）、正方形（b）和六边形（c）晶格的混合模态变形；（d）从重入六边形晶格到非手性波浪形六边形晶格的多步变形；（e）功能梯度变形；（f）选择性局部转化；（g）面部变化为微笑或皱眉；（h）3D可重构结构。
文章信息：
Song, C., Zou, B., Cui,Z., Liang, Z., Ju, J., Thermomechanically Triggered Reversible Multi-Transformability of a Single Material System by Energy Swapping and Shape Memory Effects. Adv. Funct. Mater. 2021,2101395.
https://doi.org/10.1002/adfm.202101395
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