顛覆熱脹冷縮?超材料3D打印受熱竟收縮

MIT工程師3D打印出的結(jié)構(gòu)會(huì)受熱收縮

　　“熱脹冷縮”一詞或?qū)⒏膶?。美國勞倫斯利物莫爾國家?shí)驗(yàn)室(LLNL)25日發(fā)布公告稱,該實(shí)驗(yàn)室工程師和麻省理工學(xué)院(MIT)、南加州大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校科學(xué)家合作,首次3D打印出受熱收縮的全新超材料。這個(gè)新型結(jié)構(gòu)在降溫后還可恢復(fù)之前體積,能反復(fù)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(xué)儀器等。

　　傳統(tǒng)大體積材料的熱力學(xué)特性都表現(xiàn)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(shí)會(huì)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(jié)構(gòu),包含橫梁和空心點(diǎn)陣兩個(gè)部分,因不同材料受熱時(shí)相對位移不同,使得連接點(diǎn)處向內(nèi)拉伸,帶動(dòng)整個(gè)晶格結(jié)構(gòu)向內(nèi)拉伸,從而表現(xiàn)出獨(dú)有的熱收縮特性。

　　MIT力學(xué)工程教授方絢萊帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了該研究的3D打印部分的工作。方絢萊在接受科技日報(bào)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(shù),類似噴墨打印機(jī)和數(shù)字曝光機(jī)的結(jié)合。先將不同材料的液滴噴在一個(gè)透明窗口上,再通過數(shù)字投影機(jī)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(jié)構(gòu),附著在一個(gè)樣品支架上,窗口上沒有曝光的液滴則被清除。如此反復(fù),可以得到所需的復(fù)合材料。

　　方絢萊介紹,從每個(gè)單元來看,新結(jié)構(gòu)類似斜拉橋的設(shè)計(jì),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(shí)柔軟的樹脂先伸長,直到加固的橫梁也被拉動(dòng)而相對錨定的位置轉(zhuǎn)動(dòng)。總體上看,整個(gè)空心的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)就呈現(xiàn)收縮。

　　這個(gè)新型結(jié)構(gòu)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(xué)鏡頭;長時(shí)間使用發(fā)熱但不會(huì)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(qiáng)熱照射的人造衛(wèi)星等。