【材料】可编程的剪纸超材料

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近年来，绿色节能建筑正逐步引起人们的关注。相比于常规建筑需要高能耗来维持其正常使用。绿色节能建筑能最大程度地节约能源，保护环境并减少污染，为人们提供绿色舒适的工作和生活环境。作为绿色节能建筑重要的组成部分之一，智能窗（smart window）已经被广泛的运用于实际生活之中。常规的智能窗通常能在透明、半透明和不透明之间切换，因而可以用来控制室内的进光量和进热量。根据建筑所在地的地理位置和实时气候，通过控制智能窗的透明程度可以有效地减少不必要的资源浪费。

近日，美国天普大学机械工程系尹杰教授及其团队成员唐一超与林高建以及来自美国宾夕法尼亚大学材料工程系的合作者Shu Yang教授和Randall Kamien教授、伊利诺伊大学香槟分校建筑工程系Yun Kyu Yi教授，共同研究开发了一种新型可编程的基于剪纸超材料的智能窗，首次实现了智能窗的可编程性和多形貌性。该技术可以通过温度、电、力信号等多种外界响应，自动调节智能窗的整体或局部形貌、结构和透明程度，实现并提高了普通智能窗的节能功能和结构丰富性。

剪纸超材料（kirigami metamaterials）是一种把线性花纹引入到薄板中的超材料。线性花纹将薄板材料分割成多个周期性排布的晶胞（unit cell）。变形时，每个晶胞发生屈曲（buckle）并向面外翻转（tilting），从而实现透射和反射不同角度的太阳光。

该工作中，研究者创新性地在剪纸超材料中每个晶胞的特殊位置引入几何缺陷或者环境温度响应材料（stimuli-responsive），实现了在机械力和温度信号响应下对超材料单个晶格变形和翻转的可控制性。基于单个晶胞变形翻转的可控性，可以实现对整个超材料结构不同晶胞进行编程，从而实现超材料整体的可重构性和多形貌性。

研究者表示，这种可编程剪纸超材料具有良好的应用前景，除了可以作为智能窗为建筑节省资源，还可以同时用作建筑显示板、广告板，体现出“一窗多用”的功能。

这一成果近期发表在Advanced Materials上，文章的第一作者是博士研究生唐一超。

该论文作者为：Yichao Tang, Gaojian Lin, Shu Yang, Yun Kyu Yi, Randall D. Kamien, Jie Yin

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Programmable Kiri-Kirigami Metamaterials

Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201604262

尹杰教授简介

尹杰，天普大学机械工程系助理教授。2007年于清华大学获得硕士学位，2010年于哥伦比亚大学获得博士学位，2010年至2013年在麻省理工学院从事博士后工作，2013年起就职于天普大学。研究领域包括机械超材料、应用材料力学、软机器人、纳米复合材料、仿生材料。在相关力学与材料领域发表论文30余篇。

http://www.x-mol.com/university/faculty/38320