然而，正是這個致命傷，卻啟發(fā)科學家開發(fā)了一種新型的可重構(gòu)材料，可廣泛應(yīng)用于基于形狀變化的智能傳感器、微米機器人以及建筑材料等等領(lǐng)域。

近日，加州理工學院的Juliar. Greer團隊通過一種新的方法誘導(dǎo)形狀變換來克服這個問題。該研究報道一種“架構(gòu)”材料，使用電池中發(fā)生的電化學反應(yīng)，通過控制電荷轉(zhuǎn)移的數(shù)量和材料中子結(jié)構(gòu)的幾何形狀，可以調(diào)節(jié)形狀轉(zhuǎn)換的波動性。

研究者首先使用3D打印機從聚合物制造籠狀3D微晶格，然后依次用鎳層和硅層涂覆晶格。硅是被用作鋰離子電池中的陽極材料，其通過將鋰離子從其陰極移動到陽極而放電。當陽極充滿鋰離子時，硅陽極的體積會膨脹約300％，作者便是使用這種電化學反應(yīng)作為外部刺激來觸發(fā)其架構(gòu)材料中的屈曲。

作者觀察到硅涂層晶格在放電時經(jīng)歷形狀的變換，并可通過再充電反轉(zhuǎn)，反之亦然。與基于軟材料的建筑材料不同，這種形狀變化可以通過充放電連續(xù)調(diào)控，并且當停止放電或充電時保持新的形狀，說明這種通過電化學刺激形狀變換是非易失性的。同時，該方法可以控制晶格屈曲的位置，從而實現(xiàn)復(fù)雜的形狀變化。通過提供輕微的偏壓將精確定位的缺陷引入晶格中，從而導(dǎo)致在特定方向上發(fā)生屈曲。

本文以化學-機械模型揭示了不同變形機制之間的動態(tài)相互作用，并證明了缺陷在屈曲期間的成核和生長中起著控制作用，類似于多晶金屬薄膜生長。作者使用統(tǒng)計力學工具來分析隨機域的形成過程和人工缺陷的植入以精確設(shè)計域邊界的形狀。這種建筑材料的設(shè)計，制造，建模，預(yù)測和編程框架為開發(fā)智能、多功能材料提供新途徑。

圖文導(dǎo)讀

圖2 鋰化誘導(dǎo)Si微晶格形變的原位光學電化學性能表征

圖5 材料形變時動態(tài)數(shù)據(jù)分析