超材料是一类具有天然材料所不具备的特殊物理性质的独特材料[1]、[2]，包括负泊松比[3]、声学带隙[4]、[5]、负刚度[6]和超轻特性[7]。通常，超材料的宏观性质可以通过周期性单元格[8]进行定量控制。它们异常且可调的物理性质使其在多种工程应用中具有潜力，特别是在能量吸收装置[9]、减震器[10]、减振和降噪[11]以及柔性电子[12]领域。手性机械超材料在拉伸或压缩载荷下表现出负泊松比行为（Evans称之为“负泊松比效应”[13]）。这种负泊松比效应的手性单元格由一个通过径向排列的连杆连接的旋转中心环组成[15]、[16]。这些连杆在机械载荷下表现出协调的变形模式——围绕中心旋转轴扩张或收缩——从而产生宏观的负泊松比响应[17]、[18]。然而，手性结构中的非均匀应力分布可能会引发局部连杆屈曲，最终导致空间上的非均匀负泊松比变形[19]。
2017年，Frenzel等人[20]首次开发出一种三维（3D）手性超材料，通过系统性地排列经典手性单元格实现了压缩-扭转耦合行为。此后，压缩-扭转变形成为超材料领域的研究重点[21]。Wei等人[22]通过模块化设计提出了一种低成本且抗冲击的3D超材料。Hao等人[23]将预扭曲的肋条嵌入到负泊松比旋转方形超材料中，使其在压缩下具有可变形的负泊松比行为。传统的扭转机制依赖于外部机械刺激，这从根本上限制了它们在需要自我调节变形的应用场景中的适应性。
跨学科创新正在推动超材料向多场适应性发展，例如声学操控[24]和热响应形状变形[25]。常见材料在温度变化时通常表现出整体正热膨胀[26]。尽管最近的一些研究报道了负热膨胀或零热膨胀行为，但其热变形自由度仍受限于单一正交方向[27]、[28]。研究人员最近通过结合双材料系统和传统的压缩-扭转单元格[29]、[30]、[31]开发出了具有热扭转行为的超材料。理论和数值结果表明，通过调整双材料组合和几何参数可以调节热扭转行为。然而，热旋转超材料的最新进展仍处于初级阶段，其单元类型和旋转特性需要进一步实验验证。
作为一种基本的热响应执行器，双材料条由两个具有不同热膨胀系数（CTE）的粘合层组成。它们通过不同的尺寸变化将温度变化转化为机械弯曲[32]。CTE的不匹配会导致可控的曲率变形，这可以通过Timoshenko的双材料条理论[33]、[34]进行定量描述。它们的弯曲曲率（κ）由厚度比、弹性模量不匹配以及组成材料之间的CTE差异决定[35]。双材料条的可编程弯曲响应使其能够作为手性超材料中的连杆替代品，从而促进负泊松比结构中的均匀体积形状变形[36]。Lim等人[37]、[38]开发了具有可调热膨胀特性的新型二维（2D）超材料。值得注意的是，Lim的开创性框架是基于弹性理论建立的，以便其他研究人员可以进一步研究其实际性能和制造可行性。最近，手性超材料的实验制造已经证明了其可行性，例如使用尼龙-PVA或PI-PMMA双材料条[39]、[40]、[41]。然而，测得的热应变仍低于10%，这对于实际形状变形应用来说是不够的。
提高双材料热旋转超材料的热应变和温度敏感性对于实际应用中的刺激响应系统至关重要[17]。我们之前的研究表明，将高灵敏度的恒温金属条嵌入到二维负泊松比手性超材料中可以实现异常的30%双轴应变，比传统金属条提高了150倍[42]。尽管这项工作证明了双金属条设计在超材料中的巨大潜力，但仍有许多研究工作需要完成，以将概念转化为实际应用。实现实际功能通常需要整合多种变形机制，而不仅仅是基本的热膨胀和收缩。
基于此，我们将高灵敏度的恒温金属条引入到经典的三维手性压缩-扭转超材料中，以探索理想的热旋转性能。首先，展示了设计策略和耦合旋转机制。然后，通过数值分析了两关键几何参数对结构热旋转的影响。最后，我们制造了组装样品并进行了加热测试，以实验验证热旋转行为。这种创新设计在形状变形结构和温度信号转换方面具有智能功能。
