对此，该论文提出一种受DNA启发的超螺旋设计原理，用于全金属超材料（图1）。基于手性扭曲原理，以螺旋基元替代传统杆件，使超材料元胞在压缩下发生全局扭转屈曲变形，构成多级超螺旋结构。这种超螺旋构型协同提升了承载能力和能量存储能力，同时有效缓解了应力集中，实现了高达50%的可恢复应变，使屈曲强度提升至传统密排棱柱晶格的3倍，能量密度提升4倍。该论文尝试了多种加工工艺，在全金属样品和循环加载下验证了高能力学特性。
该论文进一步修正了方鑫此前建立的非线性扭曲理论，使其更精确、适用于超大强非线性扭曲变形和超螺旋体，依此开展了深入系统研究，阐明了超螺旋的性能提升机理：全局扭转提升强度与能量密度、局部曲率则确保超弹性行为。在此基础上，该文发明了手性准零刚度隔振器：该隔振器在维持超低共振频率（1~2Hz）的同时，承载能力比现有设计高出100–1000倍，成功弥合了高承载能力与低频隔振之间的关键鸿沟，并突破了传统弹簧隔振器的理论极限，如图3所示。
图1 超弹性超螺旋全金属超材料结构。
图2 不同超材料构型性能对比：(a)承载屈曲强度与极限应变的关系；(b) 承载能量密度与极限应变的关系。
图3 手性超螺旋准零刚度隔振器。(a) 实验图；(b) 不同承载下的振动传递率；(c) 不同隔振器的固有频率与承载力密度之间的关系。
这项研究建立了通用、可扩展且易于制造的超弹性金属超材料设计原理，为振动抑制、能量吸收和防护结构等先进应用开辟了全新路径。研究成果以“Supercoiled superelastic metallic metamaterials for high energy density and heavy-duty vibration mitigation”为题发表在顶刊Advanced Materials上（影响因子26.7），国防科技大学智能科学学院方鑫研究员是论文第一兼通讯作者，浙江大学陈伟球教授、清华大学高华健教授是共同通讯作者。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202517334
撰稿|课题组
