研究人員3D打印可調(diào)鐵電超材料

來(lái)源： 廣西增材制造協(xié)會(huì)

研究人員布法羅大學(xué)（UB）已經(jīng)開發(fā)了3D的獨(dú)特方法打印鐵電材料，那就是可以有自己的偏振材料通過(guò)使用電場(chǎng)切換。在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上發(fā)表的論文“ 3D打印的分子鐵電超材料”中，這項(xiàng)研究為超材料和電子設(shè)備帶來(lái)了有趣的可能性。

在進(jìn)入論文本身之前，我們需要學(xué)一些背景知識(shí)。就像某些材料是天然鐵磁材料并具有磁性一樣，其他材料也是鐵電材料，這意味著它們具有極化作用。它們是熱電和壓電的。盡管大多數(shù)鐵電材料都不含鐵，但盡管前綴為“ ferro”，但其電極化的大小和方向仍可以根據(jù)溫度，壓力或電場(chǎng)的變化而改變。這使它們成為特定電子或生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的理想選擇，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、超聲成像、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示器等。

具有鐵電特性的3D打印結(jié)構(gòu)

在UB研究中，研究團(tuán)隊(duì)采用了高氯咪唑（ImClO4），“一種具有優(yōu)異的機(jī)電耦合和可重新編程的剛度的透明分子鐵電體”。由于該材料是水溶性和透明的，因此適合進(jìn)行數(shù)字光處理（DLP）和立體光刻（SLA）3D打印，材料的低衍射指數(shù)使UV光可以穿透材料而不會(huì)發(fā)生光散射。

因此，該團(tuán)隊(duì)將ImClO4粉末與對(duì)紫外線敏感的樹脂和Anycubic的DLP 3D打印機(jī)混合在一起。一旦在混合物上打印了復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，該零件就會(huì)脫水，使其保持其形狀。而且，由于材料的“可重新編程的剛度”特性，該團(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)將損壞的部分溶解在ImClO4溶液中來(lái)記錄打印對(duì)象執(zhí)行的裂縫的自修復(fù)。

研究人員證明，打印材料的鐵電性能接近于未打印的ImClO4，其極化對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)適當(dāng)，介電性能對(duì)溫度的變化響應(yīng)。此外，與允許降解的ImClO4部件相比，自修復(fù)3D打印部件能夠恢復(fù)其鐵電性能。

制造具有鐵電特性的零件通常要花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)，而UB團(tuán)隊(duì)由于連續(xù)DLP工藝的速度而能夠在短短幾分鐘內(nèi)完成零件的制造。UB工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院機(jī)械與航空航天工程系教授，首席作者任申強(qiáng)博士說(shuō)：“研究是鐵電超材料的極限?！?br />
這項(xiàng)研究部分由美國(guó)陸軍研究辦公室（ARO）資助，該辦公室發(fā)現(xiàn)飛機(jī)隔音、減震器和彈性披風(fēng)的潛在應(yīng)用。

ARO項(xiàng)目經(jīng)理Evan Runnerstrom博士詳細(xì)說(shuō)明：“ARO資助Ren教授的項(xiàng)目的原因之一是分子鐵電適合于自下而上的加工方法（如3D打?。?，否則將很難與傳統(tǒng)的陶瓷鐵電一起使用。這為用于減振或可重新配置電子設(shè)備的可調(diào)諧超材料鋪平了道路，這將使未來(lái)的陸軍平臺(tái)能夠適應(yīng)不斷變化的條件?！?br />
這只是用3D打印開發(fā)的超材料的最新示例之一。一些研究針對(duì)對(duì)環(huán)境做出反應(yīng)的軟機(jī)器人。其他人則采用了納米尺度的幾何形狀來(lái)影響物體在宏觀尺度上的行為。以上所有這些可能會(huì)使未來(lái)的3D打印幾乎無(wú)法從我們今天的理解中識(shí)別出來(lái)。