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材料，可廣泛應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域。

近日，加州理工學院的Juliar. Greer團隊通過一種新的方法誘導形狀變換來克服這個問題。該研究報道一種“架構”材料，使用電池中發(fā)生的電化學反應，通過控制電荷轉(zhuǎn)移的數(shù)量和材料中子結構的幾何形狀，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作為外部刺激來觸發(fā)其架構材料中的屈曲。

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計域邊界的形狀。這種建筑材料的設計，制造，建模，預測和編程框架為開發(fā)智能、多功能材料提供新途徑。

圖文導讀

圖2 鋰化誘導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