高拉伸性剪纸薄片材料的初始刚性响应与软化转变

我们通过实验与理论研究了具有简单排列线状裂纹或切口的片材的力学响应。此类片材常被称为剪纸（kirigami，日语中 kiri 和 gami 分别意为切割和纸），展现出独特的力学响应，在可拉伸电池等多种工程应用中具有前景：借助面外变形，剪纸片材拥有一个力学状态，其中片材相较于无线状裂纹的原始片材具有高度可拉伸性和极软的特性。然而，该状态始于从受面内变形控制的初始刚性状态转变之后。换言之，剪纸结构的柔软性源于从二维变形到三维变形（即从拉伸到弯曲）的转变得以显现。我们阐明了该转变与力学状态的物理起源，其受简单标度律支配。结果可用于控制和设计片材的力学响应，包括用于医学再生的细胞片，并与可调刚度材料及力学力传感器的发展相关。