[发明专利]一种具有局部热扭耦合效应的三维多胞材料

说明书

本发明公开了一种具有局部热扭耦合效应的三维多胞材料，涉及超材料技术领域，其由若干单胞三维结构通过空间周期阵列得到，所述单胞三维结构包括上下两层完全相同的蜂窝网格单元以及用于连接上下两层蜂窝网格单元的倾斜等截面直杆和竖向等截面直杆，相邻上下两层蜂窝网格单元平行等距排列且沿形心对齐，相邻上下两层蜂窝网格单元的节点通过所述倾斜等截面直杆错位相连，相邻上下两层蜂窝网格单元的节点通过所述竖向等截面直杆垂直相连，本发明在温度变化大或者温度呈周期性变化的空间环境中作为一种无需外力就能实现往复运动的微型机械中的传感器、执行器。

技术领域

本发明涉及超材料技术领域，特别涉及一种具有局部热扭耦合效应的三维多胞材料。

背景技术

超材料是指具有传统材料所不具备的超常物理性质的人造材料，其在吸能耗能、声学、光学、机械性能等方面具有极大的优势。力学超材料是超材料中的一大类，典型的力学超材料是具有负力学参数的材料，如负泊松比，负热膨胀，负刚度等。此外，力学超材料还包括超流体、拓扑材料及具有拉剪效应等的超材料。

热扭耦合效应是一种独特的力学效应，它意味着材料在温度荷载作用下，由于内部的应力分布，将引起某一方向的扭转变形。这一奇特的性质有望在多方面取得应用，如在有交替温差变化的环境下，作为微型机械中的传感设备、执行器等，但现有技术中缺乏一种可用于微型机械中的传感设备的热扭耦合材料。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种具有局部热扭耦合效应的三维多胞材料，其在温度变化大或者温度呈周期性变化的空间环境中作为一种无需外力就能实现往复运动的微型机械中的传感器、执行器。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种具有局部热扭耦合效应的三维多胞材料，由若干单胞三维结构通过空间周期阵列得到，所述单胞三维结构包括上下两层完全相同的蜂窝网格单元以及用于连接上下两层蜂窝网格单元的倾斜等截面直杆和竖向等截面直杆，所述蜂窝网格单元通过连接韧带在其所在平面上彼此相连，连接韧带的两端与蜂窝网格单元连接形成节点，相邻上下两层蜂窝网格单元平行等距排列且沿形心对齐，相邻上下两层蜂窝网格单元的节点通过所述倾斜等截面直杆错位相连，相邻上下两层蜂窝网格单元的节点通过所述竖向等截面直杆垂直相连，上下两层蜂窝网格单元连接的倾斜等截面直杆数量和竖向等截面直杆数量均与单个蜂窝网格单元的节点数量相同，若干所述倾斜等截面直杆与所述蜂窝网格单元所在平面呈相同倾斜角并形成一致的扭转方向，所述蜂窝网格单元、倾斜等截面直杆和竖向等截面直杆分别由热膨胀系数不同的至少两种材料构成。

如上所述具有局部热扭耦合效应的三维多胞材料，进一步地，所述蜂窝网格单元为方形环，相邻方环通过两条相互平行的连接韧带彼此相连于节点，，倾斜等截面直杆和竖向等截面直杆的数量均为4，倾斜等截面直杆将相邻两层方形环的节点交错相连，竖向等截面直杆将相邻两层方形环的节点垂直相连，倾斜等截面直杆和竖向等截面直杆分别由热膨胀系数不同的两种材料构成，方环和连接韧带由上述两种材料之中的一种构成或由第三种材料构成。

如上所述具有局部热扭耦合效应的三维多胞材料，进一步地，所述单胞三维结构没有竖向等截面直杆，倾斜等截面直杆和方形环分别由热膨胀系数不同的两种材料构成。

如上所述具有局部热扭耦合效应的三维多胞材料，进一步地，所述蜂窝网格单元为圆环，三条连接韧带沿圆环周向等角度连接在圆环上，倾斜等截面直杆和竖向等截面直杆的数量均为3，倾斜等截面直杆将相邻两层圆环的节点交错相连，竖向等截面直杆将相邻两层圆环的节点垂直相连，倾斜等截面直杆和竖向等截面直杆分别由热膨胀系数不同的两种材料构成，圆环和连接韧带由上述两种材料之中的一种构成，或由第三种材料构成。