【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及智能響應形狀記憶超材料，具體涉及一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計及其重構方法。
技術介紹
1、在自然界中，生物材料展現了廣泛的智能行為。這些行為通常由外界刺激觸發并產生響應，例如捕蠅草對觸碰的迅速反應、松果在濕度變化下的開合運動，以及變色龍根據環境變換顏色等。這類響應機制為智能材料的發展提供了靈感，使得機械超材料和形狀記憶材料的設計逐漸朝向能夠響應外界刺激的方向發展。在這些材料中，形狀記憶材料能夠在外界刺激(如溫度、光照或濕度)作用下從臨時形狀恢復到永久形狀，成為研究的熱點。然而，現有形狀記憶材料的性能存在明顯局限性：首先，大多數形狀記憶材料只能記憶一種或兩種形狀，難以滿足多形狀記憶的需求；其次，這些材料在恢復過程中常發生不希望的回彈現象，導致形狀恢復的精度不足；此外，這類材料通常依賴化學成分的調控或復雜的熱機械編程才能實現記憶功能，使制備過程繁瑣且難以控制。因此，為了實現更豐富的智能響應特性，開發一種結構簡單、響應迅速、且具備可多次編程能力的具有簡化形狀記憶效應的超材料具有重要意義。
技術實現思路
1、本專利技術為了解決現有形狀記憶材料的多形狀記憶能力欠缺并常伴有不希望的回彈導致精度不足、化學依賴性強以及響應速度慢的問題，進而提出一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計及其重構方法。通過巧妙地結構設計以及組分材料的戰略組合，本專利技術能夠在不依賴化學調控的情況下，實現多形狀記憶效果和快速響應，為智能散熱系統、溫度傳感器、火災報警系統等多種智能
2、本專利技術為解決上述技術問題采取的技術方案是：
3、一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計包括多個單胞，單胞包括兩個邊界單元和多個旋轉單元，兩個邊界單元相對設置，兩個邊界單元之間形成腔室，多個旋轉單元可在兩個邊界單元之間的腔室內外移動，兩個邊界單元和多個旋轉單元通過韌帶組件連接為一個整體結構，多個單胞依次設置，每相鄰兩個單胞之間的相鄰邊界單元固接。
4、進一步地，所述邊界單元為內側端敞口設計的框體。
5、進一步地，多個旋轉單元的外部型線與兩個邊界單元之間的腔室型線相配合。
6、進一步地，所述韌帶組件包括邊界韌帶和旋轉韌帶，旋轉單元與相鄰的邊界單元之間通過邊界韌帶連接，每相鄰兩個旋轉單元之間通過旋轉韌帶連接。
7、進一步地，所述邊界韌帶的一端與邊界單元敞口端的側壁連接，邊界韌帶的另一端與相鄰旋轉單元的相鄰內角連接。
8、進一步地，多個旋轉單元通過機械加載可在邊界單元的腔室內外旋轉，多個旋轉單元通過外界刺激可旋轉恢復至初始位置。
9、進一步地，所述邊界單元是由材料a制備而成，材料a為對外界刺激敏感材料，旋轉單元是由材料b制備而成，材料b為對外界刺激不敏感材料，且初始條件下材料a的彈性模量大于材料b的彈性模量。
10、進一步地，所述外界刺激包括溫度、濕度、光照或磁場其中的一項或多項。
11、一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計的重構方法包括如下過程：
12、在初始條件下，通過機械加載誘發旋轉單元的旋轉，從而導致單胞的形狀重構；由于應用于邊界單元的材料a在初始條件下的彈性模量高于應用于旋轉單元的材料b，因此邊界單元可提供約束來維持重構幾何形狀，從而實現單胞的可編程形態；
13、在外界刺激輸入改變時，應用于邊界單元的材料a在達到臨界值時彈性模量降低，使得以材料a作為組分材料的邊界單元變軟，約束能力下降，重構的旋轉單元將恢復重構前形狀，以實現形狀記憶效應。
14、進一步地，所述機械加載包括拉伸、壓縮或彎曲其中的一種或多種。
15、本專利技術與現有技術相比包含的有益效果是：
16、1.簡化的多形狀記憶效果：無需復雜的化學成分調節，通過簡單的幾何結構設計和市售材料的戰略組合即可實現多形狀的編程與切換；
17、2.復合變形模式：可實現多種力學變形，包括拉伸、彎曲、壓縮等，并能夠在多個方向上實現形狀恢復；
18、3.多功能性：結構具有環境變化誘導形狀恢復和力學性能切換等特性，能夠應用于柔性機器人、適應性傳感器和自供能驅動器等。
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1.一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計，其特征在于：包括多個單胞，單胞包括兩個邊界單元(1)和多個旋轉單元(2)，兩個邊界單元(1)相對設置，兩個邊界單元(1)之間形成腔室，多個旋轉單元(2)可在兩個邊界單元(1)之間的腔室內外移動，兩個邊界單元(1)和多個旋轉單元(2)通過韌帶組件連接為一個整體結構，多個單胞依次設置，每相鄰兩個單胞之間的相鄰邊界單元(1)固接。
2.根據權利要求1所述一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計，其特征在于：所述邊界單元(1)為內側端敞口設計的框體。
3.根據權利要求2所述一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計，其特征在于：多個旋轉單元(2)的外部型線與兩個邊界單元(1)之間的腔室型線相配合。
4.根據權利要求3所述一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計，其特征在于：所述韌帶組件包括邊界韌帶(3)和旋轉韌帶(4)，旋轉單元(2)與相鄰的邊界單元(1)之間通過邊界韌帶(3)連接，每相鄰兩個旋轉單元(2)之間通過旋轉韌帶(4)連接。
5.根據權利要求4所述一種具有
6.根據權利要求1所述一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計，其特征在于：多個旋轉單元(2)通過機械加載可在邊界單元(1)的腔室內外旋轉，多個旋轉單元(2)通過外界刺激可旋轉恢復至初始位置。
7.根據權利要求6所述一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計，其特征在于：所述邊界單元(1)是由材料A制備而成，材料A為對外界刺激敏感材料，旋轉單元(2)是由材料B制備而成，材料B為對外界刺激不敏感材料，且初始條件下材料A的彈性模量大于材料B的彈性模量。
8.根據權利要求7所述一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計，其特征在于：所述外界刺激包括溫度、濕度、光照或磁場其中的一項或多項。
9.根據權利要求1-8中任意一項權利要求所述一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計的重構方法，其特征在于：所述方法包括如下過程：
10.根據權利要求9所述一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計的重構方法，其特征在于：所述機械加載包括拉伸、壓縮或彎曲其中的一種或多種。
...【技術特征摘要】
1.一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計，其特征在于：包括多個單胞，單胞包括兩個邊界單元(1)和多個旋轉單元(2)，兩個邊界單元(1)相對設置，兩個邊界單元(1)之間形成腔室，多個旋轉單元(2)可在兩個邊界單元(1)之間的腔室內外移動，兩個邊界單元(1)和多個旋轉單元(2)通過韌帶組件連接為一個整體結構，多個單胞依次設置，每相鄰兩個單胞之間的相鄰邊界單元(1)固接。
2.根據權利要求1所述一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計，其特征在于：所述邊界單元(1)為內側端敞口設計的框體。
3.根據權利要求2所述一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計，其特征在于：多個旋轉單元(2)的外部型線與兩個邊界單元(1)之間的腔室型線相配合。
4.根據權利要求3所述一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計，其特征在于：所述韌帶組件包括邊界韌帶(3)和旋轉韌帶(4)，旋轉單元(2)與相鄰的邊界單元(1)之間通過邊界韌帶(3)連接，每相鄰兩個旋轉單元(2)之間通過旋轉韌帶(4)連接。
5.根據權利要求4所述一種具有簡化形狀記憶效應的環境感知剪紙超材料設計，其特征在于：所述邊界韌帶(...
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