撰稿|由课题组供稿
大部分传统工程结构材料和生物结构材料均呈现出“强度和韧性”之间的固有矛盾，纳米孪晶在克服这一典型力学性能矛盾方面，显示出巨大优势。通过模仿纳米孪晶的多尺度微结构特征，上海交通大学吴文旺提出了一种新型的孪晶机械超材料力学设计方法，可有效抑制传统周期性点阵结构的局部剪切带失效导致的整体承载能力丧失，并通过孪晶点阵超结构的界面引入实现裂纹扩展过程的抑制。通过均质、梯度、多层级孪晶机械超材料的拓扑设计，实现孪晶机械超材料的强度刚度-吸能-断裂一体化，首次在宏观尺度孪晶力学结构中发现Hall-Pecth效应，同时首次发现Inverse Hall-Petch 效应，揭示孪晶晶界相变、剪切带失效抑制相互竞争的变形和力学性能调控机理，克服了“强度-韧性”、“峰值应力-吸能效率”之间的固有性能矛盾，达到“一石三鸟”的多功能性能协同设计。所提出的多晶体、多尺度微结构、多机制协同的机械超材料设计和制造思想，为机械超材料的多功能一体化、力学性能可编程、可定制力学设计开辟了一条有效途径。
图1：纳米孪晶微结构启发的机械超材料设计：（a）均匀尺寸特征纳米孪晶；（b）功能梯度结构纳米孪晶；（c）多层级纳米孪晶：（d）均匀尺寸特征孪晶机械超材料；（e）功能梯度结构孪晶机械超材料；（f）多层级孪晶机械超材料。
文献来源：
WenwangWu, Seok Kim, Ali Ramazani,YoungTae Cho, Twin mechanical metamaterials inspired by nano-twin metals:Experimental investigations, Composite Structures, 291, 2022, 115580.
https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.115580
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