文章来源： 高分子科技
宏观高分子：PAM的独特拓扑设计
PAM本质上是由环形或笼状颗粒互相交织而成的三维架构，其独特的拓扑结构赋予了它在应力条件下的流固双态行为 - 剪切力下如液体般流动，压缩力下如固体般坚硬。这种行为与高分子材料在分子尺度的特性高度相似：
从结构的角度看，PAM可以被视为一种“宏观尺度的高分子”：其单元颗粒通过多链连接实现“机械键”的拓扑约束，这一结构能够在外部力学输入下，通过改变局部单元的排列和堆积，产生复杂的粘弹性行为。
图1. PAMs的剪切和流变学试验。
超越传统高分子：更高的自由度与拓扑创新
尽管PAM展现出了类似高分子的行为，它的拓扑设计和力学响应可以远超传统高分子：
因此，PAM不仅是传统高分子研究的延续，更是一种跨越分子尺度的设计新范式，为未来的材料创新开辟了新的方向。
图2. PAMs的重力诱导松弛和单轴压缩。
力学性能的物理探索：微观结构与宏观响应的桥梁
PAM的设计提供了一个研究宏观尺度上材料力学行为的新视角。
一个有趣的特性是PAM的流固双态性。例如，通过局部施加应变，可以改变PAM小区域的排列，使其表现出与其他区域不同的粘弹性行为。这种局部应变引发的性能变化不仅依赖于颗粒的几何设计，还涉及材料的热力学行为。
热力学分析表明，PAM的颗粒可以通过自组装形成局部高度有序的聚集体，而这种自组装依赖于相邻单元的拓扑配置。进一步地，这一过程可以通过熵最大化理论来模拟。具体来说：
通过这种理论建模，可以有效预测PAM在不同应变或应变速率下的局部行为，并进一步帮助定制材料的力学性能。
图3. 可编程临界干扰应变。
静电响应与形态变换的潜力
PAM的静电响应提供了另一种动态调控机制。当微尺度PAM（microPAM）受到静电刺激时，环状颗粒间产生的相互排斥力使材料克服重力，实现快速的形态变换（shape morphing）。
这种静电驱动下的形态变化进一步证明了PAM作为智能材料的潜力，其响应机制与拓扑设计紧密相关。
图4. PAMs的尺度独立性与μ-PAMs的静电驱动。
拓扑设计：从基础科学到通用方法
PAM的拓扑设计不仅推动了具体材料的创新，更具有重要的基础科学意义：
正如网状化学（Reticular Chemistry）通过节点与连接单元的化学设计重塑了多孔材料的研究，PAM的拓扑设计提供了一种新的视角，将几何与物理深度结合，探索材料的极限可能性。
图5. PAM设计策略。
从PAM看高分子材料未来设计
PAM在宏观尺度上的性能调控与自组装行为，提醒我们材料设计不应局限于分子尺度。通过引入类似高分子链的拓扑连接设计，未来的高分子材料可以探索更多“物理机制”：
PAM的出现为高分子科学注入了新的活力 - 它从“宏观尺度的高分子”出发，重新定义了材料的性能与设计规则，也为设计更加智能、更加复杂的材料铺平了道路。
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原文链接
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr9713
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