在航天领域，一个困扰科学家数十年的难题，竟被来自中国天津的科研团队以一种充满创意的方式破解了。他们从中国民间传统折纸艺术中汲取灵感，成功研发出一种能在极端温度变化下保持稳定结构的三维热膨胀超材料，这一突破性成果登上了国际顶级期刊《先进材料》的封面。
自1957年人类发射第一颗人造卫星以来，太空中的“热胀冷缩”问题就一直让航天科学家们头疼不已。想象一下，一颗造价高昂的卫星在轨道上高速飞行，当它从地球阴影进入阳光直射区域时，表面温度会在短时间内急剧上升数百摄氏度。这种极端的温度变化会导致卫星的光学结构发生微小形变，而对于需要高精度观测的光学卫星来说，哪怕是微米级的形变，都可能使整个卫星的观测数据失去价值。传统解决这一问题的方法是使用热膨胀系数较低的特殊材料，如钛合金，但这类材料价格昂贵，且仍无法完全避免微小形变。
1996年，有论文提出了一种新思路：将材料像“搭乐高”一样排列组合，创造出“超材料”，通过其内部结构实现任意变形效果。然而，这一理论在很长时间内都未能被科学家实现。直到2024年，科研团队发现借鉴折纸概念，将“阿基米德截角八面体”设计折叠成三维结构，可使其自由而均匀地收缩。但这仍不足以解决材料遇热变化的问题。
关键突破在于“双金属片”的引入。由镍合金和铁镍合金这两种不同热膨胀系数的金属复合而成的“双金属片”，在温度变化时会发生弯曲。科研团队将“双金属片”与折纸结构相结合，创造出一种随温度变化自主调节的智能超材料。这种材料就像装上了自动调温器，温度升高时结构自动收缩，温度降低时结构自动膨胀。通过调整结构设计，将一个个小的单胞重新排列组合，还能实现零热膨胀的效果。
这种三维热膨胀超材料非常适合用于星载定位天线的指向机构。不过，它也存在一定缺陷，由于孔隙率较大，承载能力较弱，目前仅能用于零重力环境。目前，科研团队制造出的超材料尺寸还比较大，他们的理想目标是让它像钢板一样致密、平整，这意味着构成超材料的每个单独“胞元”需达到纳米级别。虽然以目前的加工能力还难以实现，但这一创新为未来材料科学的发展开辟了新的道路。
