正在超材料布局设想中，可以或许承受相当于体沉百倍的压力。基于此，研究人员设想出具有“脊柱曲率”取“纵向窄–宽–窄分布”特征的多级孔洞布局。通过调控外形因子取厚度因子，实现孔隙率65%–85%的精准节制，并将保守简单立方布局常见的“剪切带失效”模式改变为不变的“逐层塌陷”，显著提拔了能量接收的平稳性。

　　为应对上述挑和，吕坚院士带领的城市大学宏桥轻质金属立异研究院团队结合南方科技大学机械系朱强讲席传授团队取科技大学碳中和研究院等团队提出了“材料–布局–功能”协同设想，融合高机能轻质铝合金取仿生多级布局，鞭策超材料机能实现跃升。相关以题为“Bio-inspired material-structure-function integrated additive manucturing of Al-based metamaterials with surpassing energy absorption颁发正在顶尖期刊《Science Advances》上，通信做者为城市大学吕坚院士取南方科技大学朱强讲席传授。南科大贺喜同窗，城市大学李干博士，南昌大学传授（原城市大学博士后）取科技大学黄禹赫博士为论文配合第一做者。

　　吕坚院士（通信做者）：法国国度手艺科学院（NATF）院士、工程院（HKAE）院士、材料研究会理事长（HKMRS）、城市大学机械工程系讲席传授、工学院院长、国度贵金属材料工程研究核心分核心从任、先辈布局材料核心从任。研究标的目的涉及先辈布局取功能纳米材料的制备和力学机能，布局取功能材料的设想及增材制制，图灵及高熵合金催化剂正在电解水制绿氢及燃料电池取污水处置，超高活络度概况加强拉曼光谱（SERS）及正在心脑血管疾病晚期快速诊断，环保，食物平安等范畴的使用。中科院首批海外评审专家，中科院沈阳金属所客座首席研究员，西安交通大学、、科技大学、南昌大学名望传授，西北工业大学、上海交通大学和西南交通大学参谋传授，中科院出名学者团队，2011年被法国国度手艺科学院（NATF）选为院士，是该院300多位院士中首位华裔院士。2006年取2017年别离获法国总统录用获法国邦家之光骑士勋章及法国邦家之光军团骑士勋章，2018年获中国工程院光华工程科技。已取得86项欧、中发现专利授权，正在本范畴顶尖Nature（封面文章），Science，Nature Materials，Nature Chemistry，Nature Water，Science Advances，Nature Communication，PNAS， Materials Today，Advanced Materials， JACS， Angew。 Chem。， JMPS， Acta Materialia 等专业期刊上颁发论文650余篇，援用54000余次，H因子103（Google Scholar），2025年科睿唯平安球高被引科学家。小我从页。

　　除汽车防撞布局外，该超材料的设想取机能可扩展性使其正在航天器着陆缓冲系统、深海配备防护外壳等多个高附加值范畴具有广漠使用潜力。通过调理环节设想参数，还可按照分歧场景的抗冲击取轻量化需求进行定制化开辟，为将来可持续工程布局的设想供给了主要手艺储蓄。

　　为验证其工程合用性，研究团队以汽车吸能盒为原型，1！1打印出150×85×162 mm³的超材料构件。取商用6061铝合金吸能盒比拟，该构件比能量接收提拔194。7%，强度提拔411。6%，展示出显著的机能劣势。

　　研究团队自创珊瑚实菌系统中“熔池状异质布局”的形态特征，通过引入Zr元素，析出L1₂型Al₃Zr纳米颗粒，该颗粒取铝基体构成共格界面，既能热裂纹发生，又可正在快速凝固过程中推进“超细等轴晶+柱状晶”双模态晶粒组织的构成。该合金密度约为2。7 g/cm³，拉伸强度达360–370 MPa，延长率为17–18%，为建立高机能超材料奠基了优良基材根本。

　　增材制制（3D打印）正正在沉塑高机能材料的开辟径，为复杂构件快速成型及新合金设想供给了史无前例的手艺支持。正在这一布景下，力学超材料因其可设想的异质布局取杰出机能，成为布局功能一体化范畴的研究热点。然而，保守超材料往往难以正在轻质性取高强度、高不变性之间取得抱负均衡，了其现实工程使用。为霸占该难题，本研究提出“材料–布局–功能”一体化策略，采用激光粉末床熔融手艺成功制备出具有跨标准协同加强效应的铝基超材料。该材料不只正在密度（0。91 ± 0。01 g/cm³）取相对强度（17。0 ± 0。7%）方面表示优异，其比能量接收值更是达到创记载的39。1 ± 0。7 J/g，显著超越现有铝基及大都金属超材料程度。该研究为开辟新一代抗冲击、轻量化工程部件供给了可行范式。

　　微不雅阐发显示，该超材料正在多个标准上均展示出强化特征：纳米级Al₃Zr析出相、亚微米胞状布局取双模态晶粒组织协同感化，显著提拔了材料的本征强度。正在介不雅标准，仿生布局指导应力由节点–支柱毗连处向极点区域有序转移，推进层间孔洞逐渐闭归并诱发晚期加工软化，从而正在宏不雅标准实现高而平稳的能量接收。

　　力学超材料（亦称机械超材料或晶格材料）通过报酬设想正在微不雅至宏不雅标准上付与布局特殊机能，如高强度、超弹性或高效能量接收。金属增材制制，出格是L-PBF手艺，为实现“材料–布局”一体化设想供给了抱负平台。然而，现有研究仍面对双沉瓶颈：正在材料端，普遍利用的Al-Si系合金力学机能无限，而高强铝合金正在L-PBF快速凝固过程中极易发生热裂纹；正在布局端，大都设想仍逗留于单一标准优化，未能充实融合材料本征机能取布局构型劣势，导致能量接收曲线波动大、分析机能难以冲破。