저온 용융 합금 상전이를 기반으로 한 오리가미 메타물질: 재사용성과 에너지 흡수 품질 사이의 트레이드오프를 깨다

초록 기계 메타물질은 에너지 흡수 재료 설계를 위한 유망한 플랫폼을 제공합니다. 그러나 재사용성과 에너지 흡수 품질 간의 트레이드오프가 기존 에너지 흡수 메타물질의 전체 성능을 제한합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 저온 용융 합금 상전이를 기반으로 한 오리가미 메타물질을 제안하며, 저온 용융 합금 골조를 탄성체 외피에 통합하여 구성합니다. 성능 면에서 이 메타물질은 41.5 kJ·m−2의 에너지 흡수 용량, 0.838의 압축력 안정성 및 97.8%의 재사용 비율을 달성합니다. 이 뛰어난 전체 성능은 다단계 시너지 설계에서 비롯됩니다. 재료 수준에서 금속 골조의 플라스틱 변형은 높은 에너지 흡수를 제공합니다. 한편, 저온 용융 합금의 열 유도 고체-액체 상전이와 탄성체 외피의 하이퍼엘라스틱성이 결합되어 높은 구조적 복원력을 가능하게 합니다. 단위 세포 수준에서 기하학적 매개변수를 조정함으로써 안정적인 힘 반응을 얻고, 다이아몬드 오리가미 구성은 에너지 흡수 품질을 더욱 향상시킵니다. 다중 세포 시스템 수준에서 층 간 변형 결합을 제거하여 다층 메타물질의 변형 모드 안정성을 크게 향상시키고, 효과적인 압축 스트로크를 연장합니다. 전반적으로 이 메타물질은 높은 품질의 에너지 흡수와 높은 재사용성을 동시에 달성하여 반복적인 에너지 흡수가 필요한 공학적 응용에 큰 잠재력을 보여줍니다.