扭轉材料新革命：突破效能量儲存技術

國際研究團隊近期開發出一種劃時代的機械超材料，這種創新材料能夠以前所未有的效率儲存與釋放彈效能量。透過將桿體扭轉成螺旋結構並整合成新型超材料，研究人員成功突破傳統設計限制，實現比現有材料高出2至160倍的焓值。這項突破性進展將為機器人、緩衝吸震與次世代機械帶來革命性的高能量密度元件。

現代科技中，無論是吸震彈簧、機械緩衝裝置，或是機器人與節能機械中的柔性元件，都高度依賴機械能量的儲存能力。這項技術的核心在於將動能轉換為彈效能量，並在需要時完全釋放。卡爾斯魯爾理工學院的Peter Gumbsch教授指出，要最大化焓值絕非易事，關鍵挑戰在於如何同時兼備高剛性、高強度與大回復應變這些相互矛盾的特性。

超材料是一種透過人工設計結構來獲得特殊效能的材料。由Gumbsch教授領軍，結閤中、美研究團隊的跨國合作，成功開發出這種能極高效儲存彈效能量的機械超材料。研究團隊最初發現，透過特殊設計的桿體結構，可以在不造成永久變形的情況下儲存大量能量，隨後更將此機制整合至超材料中。

相較於傳統彎曲彈簧容易因表面應力過大而斷裂或永久變形，研究團隊改採扭轉桿體的方式，使應力分佈更均勻，同時減少低應力區域的材料體積。進一步透過強烈扭轉誘匯出複雜的螺旋屈曲模式，在維持結構完整性的同時最大化能量儲存效率。

研究人員成功將這種扭轉負載的螺旋變形桿體整合成可在單軸負載下宏觀應用的超材料。模擬結果顯示，這種材料不僅具有高剛性可吸收巨大外力，其焓值更比其他超材料高出2至160倍。透過對多種具有映象手性結構的超材料進行壓縮實驗，研究團隊證實了這項發現。

Gumbsch教授表示：「這種具有高彈效能量儲存能力的新型超材料，未來可望應用於需要高效能量儲存與卓越機械效能的多種領域。」除了彈簧式能量儲存外，潛在應用還包括緩衝吸震、阻尼系統，以及機器人與節能機械中的柔性結構。此外，超材料內部產生的扭轉效應，也可能用於開發純彈性接頭。