颠覆热胀冷缩?超材料3D打印受热竟收缩

作者：聂翠蓉文章来源：科技日报发布时间：2016-10-28

“热胀冷缩”一词或将改写。美国劳伦斯利物莫尔国家实验室(LLNL)25日发布公告称,该实验室工程师和麻省理工学院(MIT)、南加州大学、加州大学洛杉矶分校科学家合作,首次3D打印出受热收缩的全新超材料。

MIT工程师3D打印出的结构会受热收缩

“热胀冷缩”一词或将改写。美国劳伦斯利物莫尔国家实验室(LLNL)25日发布公告称,该实验室工程师和麻省理工学院(MIT)、南加州大学、加州大学洛杉矶分校科学家合作,首次3D打印出受热收缩的全新超材料。这个新型结构在降温后还可恢复之前体积,能反复使用,适用于制作温度变化较大环境中所需要的精密操作部件,如微芯片和高精光学仪器等。

传统大体积材料的热力学特性都表现为受热膨胀、遇冷收缩,而这次获得的超材料完全相反,它在受热时会收缩。该材料是用聚酯和另一种掺杂铜的聚酯打印出来的微晶格结构,包含横梁和空心点阵两个部分,因不同材料受热时相对位移不同,使得连接点处向内拉伸,带动整个晶格结构向内拉伸,从而表现出独有的热收缩特性。

MIT力学工程教授方绚莱带领的研究团队承担了该研究的3D打印部分的工作。方绚莱在接受科技日报记者邮件采访中表示,他们采用的是显微立体光刻3D打印技术,类似喷墨打印机和数字曝光机的结合。先将不同材料的液滴喷在一个透明窗口上,再通过数字投影机把图案分别投射在需要固化的液滴背面。被光照过的区域就形成固体片状结构,附着在一个样品支架上,窗口上没有曝光的液滴则被清除。如此反复,可以得到所需的复合材料。

方绚莱介绍,从每个单元来看,新结构类似斜拉桥的设计,只是伸缩性好的钢筋换成了相对柔软的树脂,刚度大的横梁变成了掺铜纳米颗粒的树脂。受热时柔软的树脂先伸长,直到加固的横梁也被拉动而相对锚定的位置转动。总体上看,整个空心的点阵结构就呈现收缩。

这个新型结构适用于制作温度变化较大环境中的精密部件,如避免热胀冷缩造成焦距漂移的光学镜头;长时间使用发热但不会影响稳定性的微型芯片;提高太阳能利用效率的器件;遇高温食物能与真牙完美匹配的牙科填充物;甚至穿越太阳强热照射的人造卫星等。