顛覆"熱脹冷縮"，MIT方絢萊3D打印出受熱收縮的超材料

2018年2月25日，南極熊獲悉，2016年《PHYSICAL REVIEW LETTERS》雜志發(fā)表了一篇MIT的研究論文，介紹了一種3D打印的超材料結構，在加熱溫度升高的情況下出現收縮的現象，這一現象完全違背了我們的常識——“熱脹冷縮”。如今這項技術已經在國內由深圳摩方材料產業(yè)化。

科技日報曾對此做過報道，該研究由美國勞倫斯利物莫爾國家實驗室（LLNL）、麻省理工學院（MIT）、南加州大學、加州大學洛杉磯分�？茖W家合作，首次3D打印出受熱收縮的全新超材料。這個新型結構在降溫后還可恢復之前體積，能反復使用，適用于制作溫度變化較大環(huán)境中所需要的精密操作部件，如微芯片和高精光學儀器等。

傳統(tǒng)大體積材料的熱力學特性都表現為受熱膨脹、遇冷收縮，而這次獲得的超材料完全相反，它在受熱時會收縮。該材料是用聚酯和另一種摻雜銅的聚酯打印出來的微晶格結構，包含橫梁和空心點陣兩個部分，因不同材料受熱時相對位移不同，使得連接點處向內拉伸，帶動整個晶格結構向內拉伸，從而表現出獨有的熱收縮特性。

MIT力學工程教授方絢萊帶領的研究團隊承擔了該研究的3D打印部分的工作。方絢萊在接受科技日報記者郵件采訪中表示，他們采用的是顯微立體光刻3D打印技術，類似噴墨打印機和數字曝光機的結合。先將不同材料的液滴噴在一個透明窗口上，再通過數字投影機把圖案分別投射在需要固化的液滴背面。被光照過的區(qū)域就形成固體片狀結構，附著在一個樣品支架上，窗口上沒有曝光的液滴則被清除。如此反復，可以得到所需的復合材料。

方絢萊介紹，從每個單元來看，新結構類似斜拉橋的設計，只是伸縮性好的鋼筋換成了相對柔軟的樹脂，剛度大的橫梁變成了摻銅納米顆粒的樹脂。受熱時柔軟的樹脂先伸長，直到加固的橫梁也被拉動而相對錨定的位置轉動�？傮w上看，整個空心的點陣結構就呈現收縮。

這個新型結構適用于制作溫度變化較大環(huán)境中的精密部件，如避免熱脹冷縮造成焦距漂移的光學鏡頭；長時間使用發(fā)熱但不會影響穩(wěn)定性的微型芯片；提高太陽能利用效率的器件；遇高溫食物能與真牙完美匹配的牙科填充物；甚至穿越太陽強熱照射的人造衛(wèi)星等。

如今，南極熊了解到，MIT方絢萊教授的技術已經在國內由深圳摩方材料產業(yè)化，摩方材料自主研發(fā)的nanoArch 3D打印機，可以實現超高精度的3D打印，下圖中的微彈簧可以說明該項3D打印技術的工藝水平，這樣的精度和結構可以用于傳感器的生產。

來源：科技日報
編輯：南極熊