摩方精密2024年科研文章匯總（下）

摩方精密作為全球微納3D打印技術及精密加工能力解決方案提供商，憑借原創(chuàng)技術實力、優(yōu)質服務水平和科技創(chuàng)新能力，為全球40個國家的700多家科研機構提供了強大動力，助力科研人員深入探索各個領域，并取得了眾多開創(chuàng)性的研究成果。

如今，在公開學術網站上，含有“摩方/BMF”字樣的相關論文數量逐年攀升，2024年更是達到了百余篇，其中更有發(fā)表于包括Science、Nature在內的國際一流學術期刊上的多篇論文。

本篇將深入剖析微納3D打印技術如何在仿生學、新材料、超材料、太赫茲以及微納制造關鍵領域發(fā)揮其顛覆性的作用，為科研工作者提供一個全面、具體且具有實踐價值的研究方向參考。

仿生學
摩擦電雙模態(tài)觸覺傳感器
■ 發(fā)表期刊：《Science Advances》
■ 研究團隊：香港科技大學（廣州）訾云龍教授、夏欣教授和暨南大學楊希婭教授團隊
■ DOI：10.1126/sciadv.ado6793

該聯(lián)合團隊開發(fā)了一種基于摩擦電效應的雙模態(tài)智能觸覺傳感器（BITS），進一步使用摩方面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術（nanoArch® S140，精度：10 μm）將BITS結構微型化，以便集成到電子皮膚中。

團隊深入研究了摩擦電信號與材料柔軟度的相關關系，將摩擦電效應電壓/接觸高度的關系及力學赫茲接觸理論結合起來，使用接觸高度和接觸壓力反應材料柔軟度，實現材料柔軟度和種類的識別并量化模量，為推動類膚觸覺傳感器在多模態(tài)信號檢測的應用提供了新的思路。

仿生雙模態(tài)智能觸覺傳感器

強摩擦和弱黏附柔性附著設計策略
■ 發(fā)表期刊：《Tribology International》
■ 研究團隊：南京航空航天大學機電學院姬科舉副研究員/戴振東教授課題組
■ DOI：10.1016/j.triboint.2023.108973

該課題組根據仿生原理設計和制造了一種可以同時實現強摩擦力和弱黏附力的仿生柔性附著機構，靈感來自于昆蟲光滑足墊的內部角質層結構。

研究中設計的仿生柔性墊采用硬質模板法制備，所有模具均使用摩方microArch® S140（精度：10 μm）光固化3D打印系統(tǒng)制造。該研究通過仿生設計原理實現了一種簡單的增摩減黏柔性附著結構設計策略，為機器人抓持器與附著單元的設計與制造提供了新思路。

通過模具澆筑制造仿生柔性墊

仿魚皮Janus水凝膠涂層
■ 發(fā)表期刊：《Chinese Journal of Chemistry》
■ 研究團隊：武漢大學動力與機械學院薛龍建教授課題組聯(lián)合工業(yè)科學研究院趙焱教授
■ DOI：10.1002/smll.202409121

該研究團隊設計開發(fā)了一種具有魚鱗結構的Janus水凝膠涂層（JHC），該涂層由具有仿魚鱗結構的減阻上表面（SLH）和較強黏附性能的下表面（STH）組成。

研究人員通過摩方microArch® S230（精度：2 μm）打印了以翹嘴魚魚鱗為原型的仿生模板。并通過調控STH和SLH水凝膠體系中的單體、交聯(lián)劑和第二網絡聚合物含量，可以改變兩層水凝膠的交聯(lián)程度，進一步控制涂層的黏-滑性能，對管道運輸、微流體和航運業(yè)的減阻有著重大意義。

Janus水凝膠涂層

仿生Janus微流體制氫仿生功能器件
■ 發(fā)表期刊：《Chemical Engineering Journal》
■ 研究團隊：哈爾濱工業(yè)大學帥永教授團隊
■ DOI：10.1016/j.cej.2024.155261

受到大自然中樹木的通氣組織和水分運輸功能的啟發(fā)，帥永教授團隊提出了一種具有高效氣液分離效率的仿生Janus微通道，并將其應用在微通道電解制氫領域以提高催化效率。

研究人員通過摩方nanoArch® S140（精度：10 μm），設計制造了一種具有主動式氣液分離的仿生Janus微通道。這種通過濕潤性不對稱界面改性的氣體操控方法，適用于微重力等極端環(huán)境，為在太空中高效、可靠地生產和利用氫氣提供一種新思路。

仿生Janus微通道

超材料
結構化材料極限力學性能設計準則
■ 發(fā)表期刊：《Advanced Science》
■ 研究團隊：西安交通大學的洪軍、李寶童課題組
■ DOI：10.1002/advs.202307279

研究團隊經過嚴謹的數學公式推導，建立了一種精準計算力學性能的理論模型，并基于模型進一步提出了用于獲取可編程極限性能的幾何設計準則。

團隊采用摩方microArch® S240（精度：10 μm）3D打印系統(tǒng)，完成了在楊氏模量上具有兩個數量級以上增強效果的材料樣件的制備，并實現了樣件在長度尺度上由微米尺度到宏觀尺度的跨越。

HAMs的構造設計策略

微點陣力學超材料
■ 發(fā)表期刊：《Cell Reports Physical Science》
■ 研究團隊：香港大學機械工程系陸洋教授課題組、香港理工大學溫燮文教授
■ DOI：10.1016/j.xcrp.2024.102172

該合作團隊通過結合拉伸主導型的高機械效率octet-truss拓撲構型，成功制備了具有可定制化機械性能的透明玻璃微點陣力學超材料。課題組通過采用摩方nanoArch® P130 & nanoArch® S140，制備了一系列具有不同拓撲構型的玻璃微點陣超材料。

該進展拓寬了力學超材料的種類范圍，為實現輕量化高強度透明超材料鋪平了道路，并為各類多功能應用提供了機會。

玻璃微點陣力學超材料的制備

異質結構力學超材料
■ 發(fā)表期刊：《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》
■ 研究團隊：香港大學陸洋教授課題組
■ DOI：10.1016/j.jmps.2024.105658

受皇后海螺殼交叉層狀微結構的三維分層和交互式結構概念的啟發(fā)，研究人員設計了一種新型的生物啟發(fā)力學超材料。實驗人員利用摩方nanoArch® S140（精度：10 μm），實現了超材料樣品的高分辨制備。

這種創(chuàng)新設計允許采用一種優(yōu)美的失效機制，即允許出現大量受控剪切帶并將其限制在有限的空間域內，從而大大增強了超材料的機械完整性和整體的應變均勻性，為設計強韌的超材料提供了新的視角。

交叉層狀結構示意圖

新材料
自愈合可降解的離子彈性體
■ 發(fā)表期刊：《Chemical Engineering Journal》
■ 研究團隊：廣西大學龍雨教授團隊
■ DOI：10.1016/j.cej.2024.149330

團隊研發(fā)出了具有高自愈合效率、耐溫性、可降解性以及可3D性的CIEs。利用紫外光固化合成的CIEs展現出良好的離子電導率，并且在彈性體網絡中豐富的氫鍵相互作用下，使該CIEs具備優(yōu)異的拉伸能力，極佳的自愈效率、降解能力，以及在寬溫度范圍內保持導電和自愈合能力。

該團隊利用摩方nanoArch® S140（精度：10 μm)，打印了模擬人體皮膚表皮層與真皮層之間微結構的CIEs，并將打印出的樣件組裝成高靈敏度的離子皮膚，實時監(jiān)控微小形變。這些特點表明，良好的綜合性能和可行的制造方法使得所研發(fā)的CIEs在柔性電子領域具有廣闊前景。

PACG導電離子彈性體

網絡形狀記憶聚合物的可重構4D打印
■ 發(fā)表期刊：《Science Advances》
■ 研究團隊：南方科技大學葛锜教授課題組
■ 原文鏈接：10.1126/sciadv.adl4387

葛锜教授課題組開發(fā)了一種適用于高分辨率DLP 3D打印的高力學性能共價適應性網絡形狀記憶聚合物（MRC-SMP），實現了可完全重構、高斷裂應變、高精度4D打印。

團隊利用摩方microArch® S240 （精度：10 μm），可以打印出高復雜度高精度的可重構形狀記憶三維晶格結構�？纱蛴�MCR-SMP卓越的可重新配置性和可焊接性徹底改變形狀記憶三維結構的制造方式。

MRC-SMP優(yōu)異的高力學性能和可打印性

新型可光固化的鄰苯二甲腈（PN）單體
■ 發(fā)表期刊：《Additive Manufacturing》
■ 研究團隊：新加坡南洋理工大學胡曉教授團隊
■ 原文鏈接：10.1016/j.addma.2024.104053

團隊報道了新型可光固化的鄰苯二甲腈（PN）單體并制備了可3D打印樹脂，通過PμSL技術以及固化熱解處理，成功實現了玻璃碳的精密微加工。

研究者采用摩方nanoArch® S140 （精度：10 µm）3D打印系統(tǒng)將得到的樹脂打印成型具有微米分辨率的3D結構。此方法為推進玻璃碳在醫(yī)療工具、電化學器件、精密微成型設備，以及在能源和航空航天技術中的應用提供了一個新的設計思路。

微流控聲空化器件

太赫茲
即插即用太赫茲多功能超器件
■ 發(fā)表期刊：《Virtual and Physical Prototyping》
■ 研究團隊：南開大學王曉雷教授研究團隊
■ DOI：10.1080/17452759.2024.2430335

王曉雷教授研究團隊提出了一種可重構多功能超器件平臺。該平臺通過集成金屬波導陣列（MWA）和三維打印結構，實現了獨立且同時操控兩個正交偏振太赫茲波的偏振、相位和振幅。

該研究利用摩方microArch® S350（精度：25 μm）3D打印設備制備了由 16 × 16 個單元組成，周期分別為 2.7 毫米，高度為 5 毫米的三維打印結構。本研究提出了一種新的模塊化設計方法，為太赫茲可重構多功能超器件的開發(fā)提供了重要的理論與技術支持，尤其在雷達、無線通信和成像等領域的大規(guī)模應用中具有廣闊的前景。

太赫茲可重構多功能超器件平臺

非制冷蝴蝶結陣列光增強太赫茲探測器
■ 發(fā)表期刊：《IEEE SENSORS JOURNAL》
■ 研究團隊：聊城大學的張丙元教授、宋琦副教授團隊聯(lián)合廈門理工學院林洪沂副教授
■ DOI：10.1109/JSEN.2024.3385537

該團隊合作設計了一種3D蝴蝶結結構陣列覆蓋外爾半金屬薄膜的太赫茲波探測器，并實現了外加光場增強其性能。該團隊利用摩方nanoArch® S130（精度：2 μm )3D打印設備實現了微結構陣列的低成本高精度制備，并在器件上制備高質量外爾半金屬薄膜，獲得具有高靈敏度、低等效噪聲功率和有效探測面積大的太赫茲波探測器。

該制備方法成功解決了非制冷高靈敏度大面積的太赫茲探測器靈敏度可由外場增強的問題，進一步驗證了面投影微立體光刻（PμSL）技術用于制備6G波段的非制冷高性能太赫茲探測器的可行性。

設備設計與表征

微納制造
具有高3D能力和結構精度的定制微針制造
■ 發(fā)表期刊：《Additive Manufacturing》
■ 研究團隊：北京理工大學姜瀾院士、韓偉娜研究員團隊
■ DOI：10.1016/j.addma.2024.104509

該團隊提出了一種新型制造高精度三維微結構的加工方法，并采用摩方面投影微立體光刻（PµSL）3D打印技術和飛秒激光貝塞爾光束制孔相結合的方法創(chuàng)建了具有高度定制、精確結構（包括尺寸精度和深徑比）和高效加工的三維結構。

研究人員將該技術成功應用于定制微針的生產，包括斜尖微針和多孔微針，證明了該技術具有廣泛、高效的微孔加工能力，峰值制孔速度可達每秒20萬個孔。這項技術不僅為制造具有微細腔體結構的三維器件提供了創(chuàng)新方法，而且具有廣泛的工業(yè)應用前景。

新型制造方法原理圖

樹脂基面密度梯度飛片
■ 發(fā)表期刊：《Journal of Materials Research and Technology》
■ 研究團隊：武漢理工大學羅國強教授課題組
■ 原文鏈接：10.1016/j.jmrt.2024.03.106

該課題組通過使用摩方microArch® S240（精度：10  μm）制備出樹脂基輕氣炮驅動面密度梯度飛片（ADGF）。通過對面密度梯度分布和針尖數量密度進行設計，實現了對104 s-1量級加載應變率的調控。

這一加載應變率范圍是現有常見加載技術難以實現的，對于應用于航空航天、國防軍工、精密切削等極端服役載荷領域的關鍵材料，獲取它們在不同應變率下的物性參數并構建材料數據庫是十分重要的。

不同ADGF的針尖結構模型

總結
摩方始終專注于微納3D打印技術的創(chuàng)新開發(fā)與深度應用，致力于打造全方位、一體化的精密制造智能解決方案，覆蓋了從3D打印服務、自主研發(fā)的材料體系、到定制化設備等關鍵環(huán)節(jié)，更延伸至整個高端制造鏈的優(yōu)化與重塑。

2024年，通過摩方的專業(yè)服務，眾多知名高校和科研機構得以在科研驗證過程中實現效率的提升和成本的降低，顯著提升了科研項目從理論到實驗驗證的生命周期價值鏈。

展望未來，摩方將繼續(xù)專注于加速科研成果的轉化進程，為科研工作者打造一個更加先進、靈活且高效的創(chuàng)新平臺，實現科研項目的高質量發(fā)展和創(chuàng)新成果的快速落地。