南京工业大学土木工程学院任鑫教授课题组围绕负泊松比、负刚度、折纸等力学超材料在力、声、电、热等激励下的功能性响应性能，取得了一系列成果。相关论文发表于《Advanced Functional Materials》、《Advanced Science》、《Mechanical Systems and Signal Processing》、《Engineering Structures》、《International Journal of Mechanical Sciences》、《Thin-Walled Structures》、《Composite Structures》、《Aerospace Science and Technology》等国际权威期刊。

其中代表性论文1发表于自然指数期刊《Advanced Functional Materials》（中科院1区，IF：19）。该研究针对近几年负泊松比超材料从基础力学特性到智能化应用的前沿进展，提出了面向智能领域的负泊松比超材料发展路线图。研究从经典胞元构型与变形机制出发，深入探讨了形状重构、主动驱动、智能传感、多物理场响应及逆向设计等关键技术的创新突破。为智能材料与智能结构系统的研发提供了跨学科的解决方案，并对土木工程的智能化发展提供了新的见解和思路（图1）。

图1 负泊松比超材料在智能材料和智能结构系统中的潜在应用

代表性论文2发表于《Advanced Science》（中科院1区，IF：14.1）。该研究提出了一种预扭转的压扭超材料设计思路，通过压扭耦合试验和仿真，分析了该超材料的压扭耦合性能。此外，将预扭转的管状超材料应用于钉子，使其在钉入时更易推入，预扭转拉胀钉在木材穿透过程中的能耗降低52%，初始峰值力下降27.1%。该工作为力学超材料的实际应用提供了新思路，并可扩展至多种工程场景中的功能结构与器件设计。

图2 预扭转的功能性压扭管状结构

代表性论文3发表于《Mechanical Systems and Signal Processing》（中科院1区，IF：8.9）。该论文将二维和三维负泊松比超材料用于压电复合结构基底，提出了负泊松比压电复合结构，研究结果表明这种新型三维负泊松比压电复合材料性能卓越，其在d33模式下的输出电压和功率相较于普通压电复合材料分别提升了约5倍和25倍，展现了负泊松比结构在提升压电能量收集器性能方面的巨大潜力。

图3 负泊松比压电复合结构

代表性论文4发表于《Engineering Structures》（中科院1区，IF：6.4）。该论文针对折纸启发薄壁管在高能量吸收与高压溃力效率之间难以兼顾的挑战，设计了水弹折纸管用于能量吸收与压溃分析，与其他管状结构的对比分析表明，水弹折纸管具有高强度、优异吸能特性、低初始峰值力和稳定变形特征。这种创新结构在智能结构、软体机器人、航空航天阻尼装置及交通耐撞性系统中具有重要应用潜力。

图4 折纸吸能管状结构

代表性论文5发表于《Thin-Walled Structures》（中科院1区，IF：6.6）。该论文提出了一种多功能负泊松比内凹超结构，该结构利用负泊松比超材料优异的能量吸收特性，同时实现了低频宽带吸声与高能量吸收的多功能集成。研究首先通过赫姆霍兹弱共振机制，优化内部扩展管道的直径与长度，使MARM在深亚波长厚度（40 mm）的330–500 Hz频段内平均吸声系数高达0.9，这一效果通过了试验、数值模拟和理论分析的系统验证。

图5 多功能负泊松比内凹超结构吸声性能

在任鑫教授的指导下，课题组研究生在科研攻关中携手并进，协同提升，在相互砥砺中实现共同成长，取得了丰硕成果。据悉，该团队2025年度有6名在读研究生凭借其突出的科研成绩荣获国家奖学金，另有3名研究生获得时钧奖学金。培育的博士生入选 “全球前2%顶尖科学家”和“中科协青年科技人才培育工程博士生专项”，这不仅是对获奖者个人及团队科研能力的肯定，更是土木工程学院“以生为本”人才培养成效的展现。

代表性论文信息：

[1] Yi Zhang, Wei Zhong Jiang, Wei Jiang, Xiang Yu Zhang, Jun Dong, Yi Min Xie, Ken E. Evans, Xin Ren*, Recent Advances of Auxetic Metamaterials in Smart Materials and Structural Systems, Advanced Functional Materials, 2025, 202421746

[2] Xue Gang Zhang, Jian Fei Yin*, Xin Ren*, Jie Wu, Yang Wang, Xing Chi Teng, Wei Jiang, Dong Han, Xi Hai Ni, Yi Zhang, Dian Long Yu, Ji Hong Wen*, Pre‐Torsion Tubular Metamaterials: Multi‐Effect Integration for Advanced Functional Applications, Advanced Science, 2025, e12564

[3] Han Yan, Yi Zhang, Wei Zhong Jiang, Wan Hong, Yuan Long Wang, Yimin Xie, Jing Bo Sun, Xin Ren*, Optimized design of auxetic substrates for enhanced electric power output in piezoelectric composites, Mechanical Systems and Signal Processing, 2025, 288, 112428

[4] Xiang Jie Wei, Yi Zhang, Wei Zhong Jiang, Meng Li Xue, Yi Chao Qu, Xiao Ji, Tao Ding, Jia Hui Zhang, Lin Hua, Wei Shen, Xin Ren*, Mechanical properties of waterbomb origami tubes with enhanced energy absorption and crushing efficiency, Engineering Structures, 2025, 343, 121037

[5] Meng Li Xue, Yi Zhang, Xing Chi Teng, Wei Zhong Jiang, Tao Xue, Yi Chao Qu, Xiao Ji, Cheng Shen, Xin Ren*, Multifunctional auxetic re-entrant metastructure for low-frequency broadband sound absorption and energy absorption, Thin-Walled Structures, 2025, 212, 113206

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      其他论文见：https://cce.njtech.edu.cn/info/1094/5988.htm

作者：任鑫； 审核：张涛、方海、杨会峰