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纳米结构单元的多级次多尺度集成组装为传统材料的升级改造和研制具有新颖结构而带来高性能指标的新材料为满足特种环境下的产业化应用提供了战略机遇。本文通过取向冷冻等方法，设计独特的多级次层状拱形弹性微结构，获得了具有超弹性抗疲劳的新型碳材料。这种新型碳材料具有良好的压缩性和较低的能量损耗，力学分析和有限元模拟表明这种碳材料优异的弹性和抗疲劳特性来源于其独特的层状多拱形微结构设计。这种超弹性耐疲劳碳材料具有极为敏感的荷载-变形响应，有望应用于航空航天等极端环境下高灵敏度传感器、柔性器件等。