绘制超材料的未来

超材料是人工构造的材料，具有自然界中不易发现的非凡性能。通过在微观和纳米尺度上设计三维（3D）几何形状，这些架构材料实现了独特的机械和物理性能，其能力超越了传统材料，并在过去十年中成为解决所有其他现有材料都缺乏成功的工程挑战的有前景的方法

建筑材料具有独特的机械和功能特性，但由于设计、制造和表征方面的挑战，它们的全部潜力仍未得到开发。该领域的改进和可扩展性可以帮助改变一系列行业，从生物医学植入物、体育器材、汽车和航空航天，到能源和电子

麻省理工学院Robert N.Noyce职业发展教授兼机械工程助理教授Carlos Portela表示：“可扩展制造、高通量测试和人工智能驱动的设计优化的进步可能会彻底改变力学和材料科学学科，使更智能、更具适应性的材料重新定义工程和日常技术。”

在本月发表在《自然材料》杂志上的《透视》中，Portela和机械工程博士后James Surjadi讨论了机械超材料领域的关键障碍、机遇和未来应用。这篇论文的标题是“在长度尺度和时间尺度上实现三维建筑材料”。Portela说：“该领域的未来需要在从纳米到宏观的长度尺度上制造这些材料的创新，以及在从缓慢变形到动态冲击的各种时间尺度上理解它们的进展。”他补充说，这也需要跨学科的合作

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Portela在讨论撰写这篇文章的决定时说：“我们觉得，在过去十年取得重大进展后，我们的领域仍然面临两个瓶颈：扩大规模的问题，以及对动态条件下的属性缺乏了解或理解。”

Portela和Surjadi的论文总结了最先进的方法，并强调了材料设计、制造和表征方面的现有知识差距。它还提出了一个路线图，通过高通量实验和计算工作的协同结合，加速发现具有可编程特性的建筑材料，利用新兴的人工智能和机器学习技术进行设计和优化

Surjadi说：“高通量小型化实验、非接触式表征和台式极端条件方法将为数据驱动模型的实施生成丰富的数据集，加速具有独特特性的超材料的优化和发现。”

Portela实验室的座右铭是“跨尺度的建筑力学和材料”。The Perspective旨在弥合下一代建筑材料的基础研究和现实应用之间的差距，并提出了实验室在过去四年中一直在努力实现的愿景 More information: James Utama Surjadi et al, Enabling three-dimensional architected materials across length scales and timescales, Nature Materials (2025). DOI: 10.1038/s41563-025-02119-8

Journal information: Nature Materials