随着微纳制造技术的飞速发展，微纳点阵材料凭借其独特的尺寸效应和拓扑设计，在超轻质、高比强度及能量吸收等力学性能方面展现出巨大潜力。然而，传统单材料体系受限于固有属性，难以实现性能的突破性提升或多功能集成。尽管互穿复合材料（IPCs）通过多相协同在宏观尺度实现了强度与韧性的提升，但其在微纳尺度的制备仍面临技术瓶颈。因此，如何将微纳点阵的几何优势与IPC的多相耦合机制深度融合，实现力学性能与功能特性的协同调控，已成为新一代智能材料设计的核心挑战。探索微纳尺度多材料架构的创新制备方法，不仅有望突破现有材料性能极限，还将为航空航天、柔性电子等领域提供全新的解决方案。

近日，北京理工大学先进结构技术研究院王潘丁副教授、赵则昂副教授和上海大学鲍垠桦副教授联合团队合作提出了一种基于表面张力驱动的双聚合物互穿微纳点阵结构制备方法，该两相结构实现了517.19%的平台应力提升与优异的比强度和比吸能，同时展现出76.3%的振动频率衰减范围和31.5 dB的传递率峰值损耗。研究成果以“Architected Interpenetrating Phase Microlattice With Superior Vibration Attenuation and Energy Absorption Performance”为题发表于国际顶级期刊Advanced Materials。

该研究实现了微米尺度下双聚合物互穿点阵结构的快速制备与内部形貌（图1）。两相结构的制备方法主要由三部分构成：首先通过高精度双光子光刻技术制造微米级特征尺寸的树脂点阵内部骨架，其空间构型均采用经典点阵胞元设计；其次基于液面表面张力，液相状态下的弹性硅基胶体可被自发吸入点阵骨架，稳定后形成将内部骨架完全浸润的液锥；最后在紫外灯下固化后形成以树脂基点阵为硬相、超弹性硅胶为软相的互穿微纳点阵结构。研究团队通过光学微距摄影技术，实现了互穿微纳点阵结构内部形貌表征，为探究其在力学加载下的失效模式提供了基础。

图1 互穿微纳点阵结构制备与表征过程

研究团队对不同内部点阵设计的点阵骨架与互穿微纳点阵结构开展了准静态压缩实验以探究其力学性能差异（图2）。实验结果表明，在同一内部骨架设计下，软相的引入使得结构压缩模量最大提升了27.81%，平台段应力大小最大提升了517.19%以及压缩应变最大提升了46.2%，显著增强了结构的韧性。同时，点阵骨架的失效模式从脆性断裂为主转变为了以塑形屈服为主。互穿微纳点阵结构展现出了高比压缩强度与高比能量吸收，较现有的非金属基底互穿复合材料有明显优势。

图2 准静态压缩下微纳点阵与互穿点阵结构的力学性能实验结果

为了系统性的探究互穿微纳点阵结构的动态响应规律，研究团队基于非接触式微纳激光测振技术对点阵骨架的振动响应曲线与变形模态进行表征分析（图3）。结果表明，在同一结构胞元设计下，主模态（拉伸模态）响应频率大小均与点阵胞元相对密度呈正相关，而随着相对密度的增大，主模态响应幅值减小且更容易激发弯曲或波动模态。通过横向比较不同结构设计，主模态响应频率随胞元杆件数量增加及空间复杂度提升而增大。

图3 微纳点阵结构的非接触激光测振表征方法与主模态响应分析

研究团队进一步对互穿微纳点阵结构开展了振动传递率实验（图4）。结果表明，结构的初始隔振频率与胞元相对密度呈负相关，且随着相对密度的增大，振动衰减频率范围逐渐缩小并产生分裂。与点阵骨架相比，互穿微纳点阵结构实现了频带76.3%的最大衰减范围和31.5 dB的最大透传损耗，展现出了优异的能量耗散性能。

图4 互穿微纳点阵结构的动态响应与振动衰减实验结果

北京理工大学先进结构技术研究院博士研究生曾睿为论文第一作者，北京理工大学先进结构技术研究院王潘丁副教授、赵则昂副教授和上海大学鲍垠桦副教授为论文共同通讯作者，研究受到了北京理工大学先进结构技术研究院段晟昱副教授、雷红帅教授、方岱宁院士和上海大学张田忠教授的合作与指导。该研究工作得到了国家自然科学基金的资助。

 

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202518377