超材料是一種人工材料，能夠通過(guò)不同微觀(guān)結構的組合展現(xiàn)出各種有趣的特性。迄今為止，相關(guān)研究主要集中在剛性和實(shí)體結構上，而忽略了其柔韌性。得益于3D打印技術(shù)，麻省理工學(xué)院的研究人員目前正致力于開(kāi)發(fā)(fā)既堅固又可拉伸的超材料。

水凝膠在柔性超材料的出現(xiàn)中發(fā)(fā)揮了關(guān)鍵作用。麻省理工學(xué)院（MIT）的一個(gè)研究小組開(kāi)發(fā)(fā)了一種水凝膠，它通常柔軟且呈凝膠狀，能夠保持其柔韌性，同時(shí)又非常耐用。這種性能是通過(guò)化學(xué)連接不同的聚合物網(wǎng)(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現(xiàn)的，例如，將剛性網(wǎng)(wǎng)絡(luò )與柔性網(wǎng)(wǎng)絡(luò )結合在一起。受此方法的啟發(fā)(fā)，麻省理工學(xué)院教授卡洛斯·波特拉博士著(zhù)手將超材料中的不同網(wǎng)(wǎng)絡(luò )結構結合起來(lái)，以創(chuàng )(chuàng)建新的微觀(guān)結構。

“從遠處看”的材料結構（圖片來(lái)源：麻省理工學(xué)院）

這種新材料由堅硬易碎的有機玻璃聚合物基底構成，并被組織成晶格結構。研究人員圍繞該基底，用同樣的材料構建了一個(gè)“意大利面條狀網(wǎng)(wǎng)絡(luò )”。這些微觀(guān)支柱在原始狀態(tài)(tài)下是剛性的，缺乏柔韌性，但由于其通過(guò)3D打印技術(shù)進(jìn)行的獨特編織，整體結構變得可拉伸。

這種“雙網(wǎng)(wǎng)絡(luò )”結構可拉伸至其長(cháng)度的四倍而不會(huì )完全斷裂，而傳統(tǒng)聚合物則會(huì )立即斷裂。Portela博士稱(chēng)這一進(jìn)展具有革命性，他指出：“用金屬或陶瓷打印雙網(wǎng)(wǎng)絡(luò )結構也能達到同樣的效果。這些結構將更加耐斷裂，拉伸性也顯著(zhù)增強?！幣虼?，這種網(wǎng)(wǎng)絡(luò )設計可以應用于玻璃、陶瓷或金屬等其他材料。這種性能完全取決于超材料的結構：如果發(fā)(fā)生斷裂，重量不會(huì )由支撐結構承受，而是重新分配到螺旋結構上，從而防止立即斷裂并允許繼續(xù)使用。該團隊甚至特意在超材料中引入了“缺陷”和孔洞，這被發(fā)(fā)現(xiàn)可以提高結構的整體穩(wěn)定性。

潛在的應用包括抗撕裂織物、柔性半導體、芯片封裝、組織細胞生長(cháng)支撐結構等等。

編譯整理：3dnatives