[發(fā)明專利]一種具有局部熱扭耦合效應(yīng)的三維多胞材料

有效

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• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111379679B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 富明慧;龍麗榕;胡玲玲
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: F03G7/06
• 分類號: F03G7/06
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 周友元;莫瑤江

本發(fā)明公開了一種具有局部熱扭耦合效應(yīng)的三維多胞材料，涉及超材料技術(shù)領(lǐng)域，其由若干單胞三維結(jié)構(gòu)通過空間周期陣列得到，所述單胞三維結(jié)構(gòu)包括上下兩層完全相同的蜂窩網(wǎng)格單元以及用于連接上下兩層蜂窩網(wǎng)格單元的傾斜等截面直桿和豎向等截面直桿，相鄰上下兩層蜂窩網(wǎng)格單元平行等距排列且沿形心對齊，相鄰上下兩層蜂窩網(wǎng)格單元的節(jié)點通過所述傾斜等截面直桿錯位相連，相鄰上下兩層蜂窩網(wǎng)格單元的節(jié)點通過所述豎向等截面直桿垂直相連，本發(fā)明在溫度變化大或者溫度呈周期性變化的空間環(huán)境中作為一種無需外力就能實現(xiàn)往復(fù)運動的微型機械中的傳感器、執(zhí)行器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有局部熱扭耦合效應(yīng)的三維多胞材料。

背景技術(shù)

超材料是指具有傳統(tǒng)材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人造材料，其在吸能耗能、聲學(xué)、光學(xué)、機械性能等方面具有極大的優(yōu)勢。力學(xué)超材料是超材料中的一大類，典型的力學(xué)超材料是具有負(fù)力學(xué)參數(shù)的材料，如負(fù)泊松比，負(fù)熱膨脹，負(fù)剛度等。此外，力學(xué)超材料還包括超流體、拓?fù)洳牧霞熬哂欣粜?yīng)等的超材料。

熱扭耦合效應(yīng)是一種獨特的力學(xué)效應(yīng)，它意味著材料在溫度荷載作用下，由于內(nèi)部的應(yīng)力分布，將引起某一方向的扭轉(zhuǎn)變形。這一奇特的性質(zhì)有望在多方面取得應(yīng)用，如在有交替溫差變化的環(huán)境下，作為微型機械中的傳感設(shè)備、執(zhí)行器等，但現(xiàn)有技術(shù)中缺乏一種可用于微型機械中的傳感設(shè)備的熱扭耦合材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種具有局部熱扭耦合效應(yīng)的三維多胞材料，其在溫度變化大或者溫度呈周期性變化的空間環(huán)境中作為一種無需外力就能實現(xiàn)往復(fù)運動的微型機械中的傳感器、執(zhí)行器。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種具有局部熱扭耦合效應(yīng)的三維多胞材料，由若干單胞三維結(jié)構(gòu)通過空間周期陣列得到，所述單胞三維結(jié)構(gòu)包括上下兩層完全相同的蜂窩網(wǎng)格單元以及用于連接上下兩層蜂窩網(wǎng)格單元的傾斜等截面直桿和豎向等截面直桿，所述蜂窩網(wǎng)格單元通過連接韌帶在其所在平面上彼此相連，連接韌帶的兩端與蜂窩網(wǎng)格單元連接形成節(jié)點，相鄰上下兩層蜂窩網(wǎng)格單元平行等距排列且沿形心對齊，相鄰上下兩層蜂窩網(wǎng)格單元的節(jié)點通過所述傾斜等截面直桿錯位相連，相鄰上下兩層蜂窩網(wǎng)格單元的節(jié)點通過所述豎向等截面直桿垂直相連，上下兩層蜂窩網(wǎng)格單元連接的傾斜等截面直桿數(shù)量和豎向等截面直桿數(shù)量均與單個蜂窩網(wǎng)格單元的節(jié)點數(shù)量相同，若干所述傾斜等截面直桿與所述蜂窩網(wǎng)格單元所在平面呈相同傾斜角并形成一致的扭轉(zhuǎn)方向，所述蜂窩網(wǎng)格單元、傾斜等截面直桿和豎向等截面直桿分別由熱膨脹系數(shù)不同的至少兩種材料構(gòu)成。

如上所述具有局部熱扭耦合效應(yīng)的三維多胞材料，進一步地，所述蜂窩網(wǎng)格單元為方形環(huán)，相鄰方環(huán)通過兩條相互平行的連接韌帶彼此相連于節(jié)點，，傾斜等截面直桿和豎向等截面直桿的數(shù)量均為4，傾斜等截面直桿將相鄰兩層方形環(huán)的節(jié)點交錯相連，豎向等截面直桿將相鄰兩層方形環(huán)的節(jié)點垂直相連，傾斜等截面直桿和豎向等截面直桿分別由熱膨脹系數(shù)不同的兩種材料構(gòu)成，方環(huán)和連接韌帶由上述兩種材料之中的一種構(gòu)成或由第三種材料構(gòu)成。

如上所述具有局部熱扭耦合效應(yīng)的三維多胞材料，進一步地，所述單胞三維結(jié)構(gòu)沒有豎向等截面直桿，傾斜等截面直桿和方形環(huán)分別由熱膨脹系數(shù)不同的兩種材料構(gòu)成。

如上所述具有局部熱扭耦合效應(yīng)的三維多胞材料，進一步地，所述蜂窩網(wǎng)格單元為圓環(huán)，三條連接韌帶沿圓環(huán)周向等角度連接在圓環(huán)上，傾斜等截面直桿和豎向等截面直桿的數(shù)量均為3，傾斜等截面直桿將相鄰兩層圓環(huán)的節(jié)點交錯相連，豎向等截面直桿將相鄰兩層圓環(huán)的節(jié)點垂直相連，傾斜等截面直桿和豎向等截面直桿分別由熱膨脹系數(shù)不同的兩種材料構(gòu)成，圓環(huán)和連接韌帶由上述兩種材料之中的一種構(gòu)成，或由第三種材料構(gòu)成。