在航天領域，一個困擾科學家數十年的難題，竟被來自中國天津的科研團隊以一種充滿創意的方式破解了。他們從中國民間傳統折紙藝術中汲取靈感，成功研發出一種能在極端溫度變化下保持穩定結構的三維熱膨脹超材料，這一突破性成果登上了國際頂級期刊《先進材料》的封面。
自1957年人類發射第一顆人造衛星以來，太空中的“熱脹冷縮”問題就一直讓航天科學家們頭疼不已。想象一下，一顆造價高昂的衛星在軌道上高速飛行，當它從地球陰影進入陽光直射區域時，表面溫度會在短時間內急劇上升數百攝氏度。這種極端的溫度變化會導致衛星的光學結構發生微小形變，而對于需要高精度觀測的光學衛星來說，哪怕是微米級的形變，都可能使整個衛星的觀測數據失去價值。傳統解決這一問題的方法是使用熱膨脹系數較低的特殊材料，如鈦合金，但這類材料價格昂貴，且仍無法完全避免微小形變。
1996年，有論文提出了一種新思路：將材料像“搭樂高”一樣排列組合，創造出“超材料”，通過其內部結構實現任意變形效果。然而，這一理論在很長時間內都未能被科學家實現。直到2024年，科研團隊發現借鑒折紙概念，將“阿基米德截角八面體”設計折疊成三維結構，可使其自由而均勻地收縮。但這仍不足以解決材料遇熱變化的問題。
關鍵突破在于“雙金屬片”的引入。由鎳合金和鐵鎳合金這兩種不同熱膨脹系數的金屬復合而成的“雙金屬片”，在溫度變化時會發生彎曲。科研團隊將“雙金屬片”與折紙結構相結合，創造出一種隨溫度變化自主調節的智能超材料。這種材料就像裝上了自動調溫器，溫度升高時結構自動收縮，溫度降低時結構自動膨脹。通過調整結構設計，將一個個小的單胞重新排列組合，還能實現零熱膨脹的效果。
這種三維熱膨脹超材料非常適合用于星載定位天線的指向機構。不過，它也存在一定缺陷，由于孔隙率較大，承載能力較弱，目前僅能用于零重力環境。目前，科研團隊制造出的超材料尺寸還比較大，他們的理想目標是讓它像鋼板一樣致密、平整，這意味著構成超材料的每個單獨“胞元”需達到納米級別。雖然以目前的加工能力還難以實現，但這一創新為未來材料科學的發展開辟了新的道路。
