多孔超材料設計
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
多孔超材料設計的實例教程
多孔彈性超材料結構的多角度視圖。圖片來自 Jingyuan Qu。
作為比對點，研究人員還研究了一個普通的多孔結構和一個由連續各向同性材料制成的立方體。當周圍的靜水壓力增大時，兩個結構的體積都會縮小。在相同的條件下，多孔超材料則會膨脹，突出了自身的等效壓縮性特征。
后續步驟
通過大量的研究，該小組能夠捕獲超材料的行為，改進設計，并利用這些信息加快進入制造階段。雖然利用傳統的加工技術來制造這類材料并非不可能，但是 3D 打印可以作為制造負壓縮性超材料的替代選擇。3D 打印機可以使用在靜水壓力下收縮的普通材料來制成這種超材料。
Qu 指出，因為即使在高壓環境中，超材料也能夠保持恒定不變的等效體積，或許可以在高壓應用中發揮特殊作用。
本文來自 ：COMSOL 博客
展開 多孔彈性超材料結構的多角度視圖。圖片來自 Jingyuan Qu。
作為比對點，研究人員還研究了一個普通的多孔結構和一個由連續各向同性材料制成的立方體。當周圍的靜水壓力增大時，兩個結構的體積都會縮小。在相同的條件下，多孔超材料則會膨脹，突出了自身的等效壓縮性特征。
后續步驟
通過大量的研究，該小組能夠捕獲超材料的行為，改進設計，并利用這些信息加快進入制造階段。雖然利用傳統的加工技術來制造這類材料并非不可能，但是 3D 打印可以作為制造負壓縮性超材料的替代選擇。3D 打印機可以使用在靜水壓力下收縮的普通材料來制成這種超材料。
Qu 指出，因為即使在高壓環境中，超材料也能夠保持恒定不變的等效體積，或許可以在高壓應用中發揮特殊作用。
本文來自 ：COMSOL 博客
展開 多孔彈性超材料結構的多角度視圖。圖片來自 Jingyuan Qu。
作為比對點，研究人員還研究了一個普通的多孔結構和一個由連續各向同性材料制成的立方體。當周圍的靜水壓力增大時，兩個結構的體積都會縮小。在相同的條件下，多孔超材料則會膨脹，突出了自身的等效壓縮性特征。
后續步驟
通過大量的研究，該小組能夠捕獲超材料的行為，改進設計，并利用這些信息加快進入制造階段。雖然利用傳統的加工技術來制造這類材料并非不可能，但是 3D 打印可以作為制造負壓縮性超材料的替代選擇。3D 打印機可以使用在靜水壓力下收縮的普通材料來制成這種超材料。
Qu 指出，因為即使在高壓環境中，超材料也能夠保持恒定不變的等效體積，或許可以在高壓應用中發揮特殊作用。
來源：COMSOL
展開 超材料六面體晶格帶隙設計數值仿真 ￥1000
模型中內核是硬質高密度材料，通常是鉛或者鐵，稱為振子，振子外面的中間層是軟質彈性硅膠，外殼是硬質樹脂，振子和彈性硅膠形成散射體，硬質樹脂形成的空腔球稱為赫姆霍茲共振腔。基于COMSOL軟件對特征值求解分析作波矢參數的參數化掃描，得到特征頻率和振型模態的結果，如圖2所示。提取最低價的本征頻率，繪制了晶胞參數的頻帶結果圖，如圖3所示。
來源 | Advanced Materials
01
背景介紹
通過設計熱學超材料的結構構型，可實現熱流的操縱與控制，從而獲得超常熱功能，如：熱隱身、熱集中、熱偽裝、熱旋轉等。熱學超材料設計涉及高維設計空間、多個局部極值、巨大計算成本，以及熱學屬性與單胞結構間多種對應關系等，這給熱學超材料的智能設計帶來了巨大的挑戰，因此，開發出自動、實時、可定制化地設計熱學超材料的方法十分重要。
02
成果掠影
近日，華中科技大學高亮教授團隊關于熱學超材料拓撲優化設計的最新研究成果提出了深度學習賦能的熱學超材料拓撲優化設計方法，實現了自由形狀熱學超材料的智能設計。設計的“熱隱衣”可屏蔽外部溫度場對器件內部物體的干擾，實現主動隔熱，可用于熱敏元器件的熱防護。該方法采用深度生成模型，將拓撲功能單胞概率表示在隱空間，根據熱學超材料的定制功能需求，可自動、實時地生成具有目標熱傳導張量的拓撲功能單胞，進而快速生成熱學超材料。基于上述思路，研究團隊設計了多種具有自由形狀、背景溫度獨立、全方向功能的熱隱身超材料，并通過數值仿真和熱學實驗驗證了其良好的熱隱身效果。該研究工作也為熱學超材料的智能設計提供了全新思路，可靈活實現不同背景材料、自由形狀和不同熱功能的熱學超材料的快速設計，解決了傳統熱學超材料設計中大規模有限元計算與反復優化迭代所帶來的計算效率低的難題，進一步推動了熱學超材料在航空航天、電子等領域的工程應用。相關研究成果以“Deep-Learning-Enabled Intelligent Design of Thermal Metamaterials”為題發表于《Advanced Materials》。
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01
背景介紹
通過設計熱學超材料的結構構型，可實現熱流的操縱與控制，從而獲得超常熱功能，如：熱隱身、熱集中、熱偽裝、熱旋轉等。熱學超材料設計涉及高維設計空間、多個局部極值、巨大計算成本，以及熱學屬性與單胞結構間多種對應關系等，這給熱學超材料的智能設計帶來了巨大的挑戰
超材料是一種人工材料，其性能取決于特定的結構設計而非化學成分。此類材料的結構往往很復雜，因此制造難度相當大。本文我們將通過數值研究探討一種能夠在靜水壓力的作用下膨脹的多孔彈性超材料（由帶空隙的單一材料制成）。
超材料與 3D 打印結合
“3D 打印”和“超材料”具有廣闊的應用前景，能夠制造定制的醫療植入物，打印房屋，應用于聲學隱形技術，是改變我們周圍世界的前沿科技潮流。
超材料是一種人工材料，其性能取決于特定的結構設計而非化學成分。此類材料的結構往往很復雜，因此制造難度相當大。本文我們將通過數值研究探討一種能夠在靜水壓力的作用下膨脹的多孔彈性超材料（由帶空隙的單一材料制成）。
超材料與 3D 打印結合
“3D 打印”和“超材料”具有廣闊的應用前景，能夠制造定制的醫療植入物，打印房屋，應用于聲學隱形技術，是改變我們周圍世界的前沿科技潮流。
<p> 本案例建立了一六面體晶格結構，如圖1所示。模型中內核是硬質高密度材料，通常是鉛或者鐵，稱為振子，振子外面的中間層是軟質彈性硅膠，外殼是硬質樹脂，振子和彈性硅膠形成散射體，硬質樹脂形成的空腔球稱為赫姆霍茲共振腔。基于COMSOL軟件對特征值求解分析作波矢參數的參數化掃描，得到特征頻率和振型模態的結果，如圖2所示。提取最低價的本征頻率，繪制了晶胞參數的頻帶結果圖
新型超分子大環受體的設計與合成是推動超分子化學與材料研究領域蓬勃發展并使其走向應用的重要環節，同時也是有機超分子化學和大環化學領域極具挑戰的研究熱點之一。近幾年來，吉林大學化學學院、納微構筑化學國際合作聯合實驗室楊英威教授課題組在新型大環芳烴受體的設計合成及其超分子材料構筑與功能開發等方面取得了系列研究進展：
超材料是一種人工材料，其性能取決于特定的結構設計而非化學成分。此類材料的結構往往很復雜，因此制造難度相當大。在文本中，我們將通過數值研究探討一種能夠在靜水壓力的作用下膨脹的多孔彈性超材料（由帶空隙的單一材料制成）。
超材料與 3D 打印結合
“3D 打印”和“超材料”是“COMSOL 文章”版塊的兩個熱門話題。它們具有廣闊的應用前景，能夠制造定制的醫療植入物，打印房屋，應用于聲學隱形技術
