研究人員3D打印可調(diào)鐵電超材料

來源： 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使用電場(chǎng)切換。在《美國國家科學(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)能夠通過將損壞的部分溶解在ImClO4溶液中來記錄打印對(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：“研究是鐵電超材料的極限�！�

這項(xiàng)研究部分由美國陸軍研究辦公室（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打印），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，這將使未來的陸軍平臺(tái)能夠適應(yīng)不斷變化的條件�！�

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)使未來的3D打印幾乎無法從我們今天的理解中識(shí)別出來。