前言

第1章 緒論

1.1 什么是超材料

1.1.1 超材料定義與范疇

1.1.2 超材料起源與發(fā)展

1.1.3 超材料的具體分類

1.2 超材料類型及研究現(xiàn)狀

1.2.1 光學(xué)超材料

1.2.2 聲學(xué)超材料

1.2.3 熱學(xué)超材料

1.2.4 力學(xué)超材料

1.2.5 負(fù)熱膨脹超材料

1.3 超材料技術(shù)的總體研究與應(yīng)用趨勢

1.4 力學(xué)超材料定義與范疇

1.5 本書結(jié)構(gòu)

第2章 力學(xué)超材料的基本理論、分類和構(gòu)筑準(zhǔn)則

2.1 靜態(tài)彈性力學(xué)參數(shù)

2.1.1 理想的彈性體單元

2.1.2 楊氏彈性模量

2.1.3 泊松比

2.1.4 剪切彈性模量

2.1.5 體彈性模量

2.2 力學(xué)超材料的主要分類

2.2.1 擴(kuò)展的密爾頓圖

2.2.2 力學(xué)超材料的具體分類與拓展

2.3 力學(xué)超材料常用的幾何結(jié)構(gòu)樣式

2.3.1 人工晶格幾何結(jié)構(gòu)

2.3.2 手性與反手性幾何排布

2.4 力學(xué)超材料設(shè)計準(zhǔn)則

2.4.1 均質(zhì)材料設(shè)計準(zhǔn)則

2.4.2 麥克斯韋標(biāo)準(zhǔn)和力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.4.3 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

2.4.4 幾何失措與材料失效形式

第3章 負(fù)泊松比拉脹材料

3.1 負(fù)泊松比拉脹材料的源起及定義

3.1.1 泊松比

3.1.2 負(fù)泊松比拉脹材料的定義

3.1.3 負(fù)泊松比拉脹材料的研究范疇

3.2 立方結(jié)構(gòu)負(fù)泊松比超材料的分類

3.2.1 依據(jù)幾何結(jié)構(gòu)樣式分類

3.2.2 依據(jù)負(fù)泊松比的屬性分類

3.3 零或負(fù)泊松比拉脹力學(xué)超材料

3.3.1 負(fù)泊松比數(shù)值的存在范圍

3.3.2 負(fù)泊松比的典型幾何結(jié)構(gòu)

3.3.3 負(fù)泊松比的評價指標(biāo)

3.4 可編譯正負(fù)部分泊松比力學(xué)超材料

3.4.1 部分拉脹材料的等效體系

3.4.2 拉脹材料的可編譯性能研究

3.4.3 部分拉脹材料的研究趨勢

3.5 本章小結(jié)

第4章 五模式反脹材料

4.1 反脹材料的起源與發(fā)展

4.1.1 剪切模量的消隱

4.1.2 五模式反脹力學(xué)超材料的源起

4.2 五模式反脹等效結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)

4.3 五模式反脹力學(xué)超材料超常力學(xué)特性的建構(gòu)

4.3.1 基本幾何結(jié)構(gòu)

4.3.2 主要的衍生幾何結(jié)構(gòu)

4.3.3 新奇的反脹力學(xué)性能

4.4 五模式反脹材料的應(yīng)用前景

4.4.1 五模式反脹材料的研究和應(yīng)用

4.4.2 融合流體聲波超材料的水聲調(diào)控

4.4.3 其他方面的潛在應(yīng)用

第5章 負(fù)壓縮力學(xué)超材料

5.1 負(fù)壓縮率的基本概念與范疇

5.1.1 壓縮率的定義

5.1.2 負(fù)壓縮率的力學(xué)穩(wěn)定范圍

5.1.3 負(fù)壓縮率與負(fù)剛度

5.1.4 負(fù)壓縮率和負(fù)泊松比

5.1.5 負(fù)壓縮率和負(fù)熱膨脹系數(shù)

5.1.6 負(fù)壓縮結(jié)構(gòu)材料的分類

5.2 負(fù)線性可壓縮性結(jié)構(gòu)材料

5.2.1 負(fù)線性可壓縮性的定義

5.2.2 負(fù)線性可壓縮性結(jié)構(gòu)的分類

5.2.3 負(fù)線性可壓縮性材料的超常力學(xué)特性

5.3 負(fù)面積可壓縮性結(jié)構(gòu)材料

5.3.1 負(fù)面積可壓縮性的定義

5.3.2 負(fù)面積可壓縮性結(jié)構(gòu)的類別

5.4 負(fù)壓縮力學(xué)超材料的研究趨勢與應(yīng)用前景

5.4.1 負(fù)壓縮力學(xué)超材料的研究趨勢

5.4.2 負(fù)壓縮力學(xué)超材料的應(yīng)用前景

第6章 負(fù)熱膨脹力學(xué)超材料

6.1 負(fù)熱膨脹的基本概念

6.1.1 熱膨脹行為

6.1.2 負(fù)熱膨脹行為的源起

6.1.3 人工結(jié)構(gòu)設(shè)計負(fù)熱膨脹材料

6.1.4 負(fù)熱膨脹系數(shù)與負(fù)比熱

6.1.5 負(fù)熱膨脹與負(fù)線性壓縮率

6.2 負(fù)熱膨脹結(jié)構(gòu)單元的設(shè)計原理

6.2.1 負(fù)熱膨脹材料設(shè)計的熱力學(xué)原理

6.2.2 負(fù)熱膨脹材料的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方法

6.2.3 負(fù)熱膨脹幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計過程2

6.3 反手性結(jié)構(gòu)的負(fù)熱膨脹材料

6.3.1 負(fù)熱膨脹結(jié)構(gòu)單元雙材料的選擇

6.3.2 反手性幾何結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

6.3.3 反手性結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響因素

6.3.4 其他幾何結(jié)構(gòu)的可拓展方向

6.3.5 負(fù)熱膨脹材料的三維幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化

6.4 負(fù)熱膨脹材料的應(yīng)用前景

第7章 模式轉(zhuǎn)換可調(diào)剛度力學(xué)超材料

7.1 模式轉(zhuǎn)換的基本理念

7.1.1 模式轉(zhuǎn)換定義的起源

7.1.2 活性、自適應(yīng)性和可編譯性

7.1.3 模式轉(zhuǎn)換可調(diào)剛度與負(fù)泊松比

7.2 剛度可調(diào)的內(nèi)在機(jī)理

7.2.1 彈性力學(xué)行為中的剛度

7.2.2 不穩(wěn)定的屈曲狀態(tài)

7.2.3 集中式負(fù)剛度結(jié)構(gòu)體系

7.2.4 分布式負(fù)剛度結(jié)構(gòu)體系

7.3 模式轉(zhuǎn)換的二維幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

7.3.1 初期的孔板結(jié)構(gòu)設(shè)計

7.3.2 近期的結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展

7.4 模式轉(zhuǎn)換可調(diào)剛度力學(xué)超材料的研究趨勢與應(yīng)用

第8章 仿晶格及其缺陷的力學(xué)超材料

8.1 自然晶體結(jié)構(gòu)的人工構(gòu)筑

8.1.1 空間點陣?yán)碚摰男g(shù)語

8.1.2 仿晶格人工材料的源起

8.2 多尺度點陣結(jié)構(gòu)的力學(xué)超材料

8.2.1 多尺度點陣結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計理念

8.2.2 微納點陣材料

8.2.3 宏觀點陣結(jié)構(gòu)

8.2.4 仿生物結(jié)構(gòu)材料

8.2.5 三維拓?fù)涑�材�?/p>

8.3 仿晶體缺陷結(jié)構(gòu)的力學(xué)屬性增強(qiáng)效應(yīng)

8.3.1 二維晶格類型及其屈曲

8.3.2 三角形Kagome晶格結(jié)構(gòu)

8.3.3 仿晶格內(nèi)的位錯缺陷的Kagome晶格

第9章 輕質(zhì)超強(qiáng)力學(xué)超材料

9.1 輕質(zhì)超強(qiáng)力學(xué)超材料的定義與分類

9.1.1 輕質(zhì)超強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料的源起

9.1.2 輕質(zhì)超強(qiáng)力學(xué)超材料的定義與范疇

9.2 輕質(zhì)超強(qiáng)力學(xué)超材料的單元格結(jié)構(gòu)

9.2.1 人工晶格結(jié)構(gòu)

9.2.2 六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)

9.2.3 手性/反手性幾何結(jié)構(gòu)

9.3 輕質(zhì)超強(qiáng)仿晶格材料的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計

9.3.1 拉伸主導(dǎo)的Octet晶格點陣結(jié)構(gòu)

9.3.2 彎曲主導(dǎo)的Kelvin晶格點陣結(jié)構(gòu)

9.3.3 面心立方/體心立方相關(guān)的晶格結(jié)構(gòu)

9.3.4 六邊形蜂窩的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計

9.3.5 手性/反手性結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計

9.4 強(qiáng)度與密度的設(shè)計原則及實現(xiàn)的力學(xué)性能

9.4.1 材料的選擇

9.4.2 拉伸/彎曲結(jié)構(gòu)單元的數(shù)值模型

9.4.3 力學(xué)性能評估方法

9.4.4 楊氏模量與相對密度的關(guān)系

9.5 輕質(zhì)超強(qiáng)力學(xué)超材料的應(yīng)用前景

第10章 折紙/剪紙超表面材料

10.1 折紙超表面材料定義與范疇

10.1.1 折紙術(shù)語定義

10.1.2 折紙結(jié)構(gòu)超材料的分類

10.1.3 折紙/剪紙超表面材料

10.2 折紙結(jié)構(gòu)的剛性折疊模型

10.2.1 周期性Miuraori曲面折疊模式

10.2.2 方形曲面折疊模式

10.2.3 對稱的Waterbomb折疊結(jié)構(gòu)

10.2.4 非周期性的Ron Resch曲面折疊模式

10.3 折紙/剪紙結(jié)構(gòu)超材料設(shè)計

10.3.1 二維折紙超材料

10.3.2 胞狀三維折紙結(jié)構(gòu)超材料

10.3.3 剪紙結(jié)構(gòu)超表面材料設(shè)計

10.4 折紙結(jié)構(gòu)材料的分析方法

10.4.1 解析方法

10.4.2 數(shù)值方法

10.4.3 空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

10.5 折紙/剪紙結(jié)構(gòu)材料的研究趨勢和潛在應(yīng)用

10.5.1 折紙結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用趨勢

10.5.2 剪紙結(jié)構(gòu)超表面材料的潛在研究與應(yīng)用

第11章 力學(xué)超材料制備與基因工程

11.1 面向力學(xué)超材料的增材制備技術(shù)

11.1.1 3D打印的基本原理

11.1.2 樹脂光聚合技術(shù)

11.1.3 墨水直寫技術(shù)

11.1.4 熔融沉積成型技術(shù)

11.1.5 粉末選區(qū)燒結(jié)與熔融技術(shù)

11.1.6 電泳沉積及其相關(guān)的電化學(xué)增材制造技術(shù)

11.2 3D打印制備力學(xué)超材料的發(fā)展現(xiàn)狀

11.2.1 投影微立體印刷和光敏樹脂波導(dǎo)技術(shù)制備仿晶格結(jié)構(gòu)

11.2.2 雙光子激光直寫技術(shù)制造微納點陣材料

11.2.3 多材料噴墨技術(shù)可調(diào)負(fù)泊松比材料

11.2.4 熔融靜電紡絲制備堆垛結(jié)構(gòu)材料

11.2.5聯(lián)鎖組裝負(fù)泊松比拉脹材料

11.3 3D打印力學(xué)超材料的問題與挑戰(zhàn)

11.3.1 影響3D打印構(gòu)件強(qiáng)度的因素

11.3.2 提高3D打印構(gòu)件強(qiáng)度的方法

11.3.3 四維打印技術(shù)及其他方法

11.4 超材料基因工程與大數(shù)據(jù)

11.4.1 超材料基因工程

11.4.2 超材料人造數(shù)據(jù)庫

11.5 本章小結(jié)7

第12章 力學(xué)超材料研究與應(yīng)用前景

12.1 負(fù)泊松比拉脹超材料應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

12.2 五模式反脹材料作為地震防護(hù)應(yīng)用

12.3 負(fù)壓縮力學(xué)超材料

12.4 模式轉(zhuǎn)換可調(diào)剛度力學(xué)超材料

12.5 折紙超表面材料

12.6 力學(xué)超材料可能的發(fā)展方向

12.7 力學(xué)超材料的應(yīng)用前景