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新“4D打印”材料能在熱水中改變形狀

放大字體??縮小字體 發(fā)布日期:2015-05-13??來源:互聯(lián)網(wǎng)??作者:紙引未來
核心提示:
訊:澳大利亞臥龍崗大學(xué)的科研人員們開發(fā)出一款兼容3D打印機(jī)的水凝膠,這款水凝膠材質(zhì)堅(jiān)勁,而且能根據(jù)水溫不斷改變形狀。這些科學(xué)家們通過3D打印一個(gè)自動(dòng)水閥展示了這項(xiàng)技術(shù),另外,這款材料還能用來制作柔軟的機(jī)器人,定制設(shè)計(jì)傳感器,以及自主組裝宏觀結(jié)構(gòu)。
  
  所謂“4D打印”的目的是增材制造擴(kuò)展至?xí)r間上的維度。該理念是通過使用對熱量、水或者壓力敏感的特殊材質(zhì)來制作3D打印物品,這些物品即使從打印機(jī)中出來很久了,還能依據(jù)環(huán)境情況用非常具體、有目的的方式自動(dòng)改變形狀。在某些情況下,有些物品甚至能恢復(fù)到它們原來的形狀。
  
  4D打印的例子包括烘烤時(shí)能簡單自組裝的物品,能根據(jù)水、熱量或者壓力彎曲成型的聚合物,以及受自組裝納米結(jié)構(gòu)啟發(fā)的智能繩索。不過,無可否認(rèn)的是,4D打印目前的階段距離實(shí)用階段還非常遠(yuǎn),但這項(xiàng)技術(shù)非常年輕,而且很可能會(huì)取得重大進(jìn)步,就像3D打印一樣。
  
  據(jù)hetPanhuis以及團(tuán)隊(duì)里的Marc教授稱,目前4D打印應(yīng)用能讓物品在形狀上有劇烈的改變,但通常都需要較長的反應(yīng)時(shí)間,而隨著這些材料彎曲,它們會(huì)失去機(jī)械強(qiáng)度,此外只要達(dá)到某一點(diǎn),形狀改變才可逆。因此,科學(xué)家們開發(fā)出一款特殊的水凝膠,這款水凝膠能依據(jù)水溫的改變生成快速、可逆以及機(jī)械性可靠的改變。
  
  研究人員創(chuàng)造出一款使用堅(jiān)硬離子共價(jià)糾纏(ICE)凝膠的材質(zhì)作為活性物質(zhì),濃度達(dá)20%。ICE凝膠包含兩種依靠交聯(lián)離子與共價(jià)化學(xué)鍵的聚合物網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)讓材質(zhì)更堅(jiān)硬,而且可預(yù)防結(jié)構(gòu)內(nèi)的微觀裂縫,避免災(zāi)難性的機(jī)械故障。
  
  超過35C(95F)的臨界溫度,凝膠就會(huì)迅速失去大部分的含水量,大約為50%。Panhuis以及同事們把這一現(xiàn)象作為3D打印的一個(gè)閥門,當(dāng)遇到熱水時(shí),它就會(huì)關(guān)閉,把99%的水分鎖住,當(dāng)水溫下降時(shí),它就會(huì)打開。跟標(biāo)準(zhǔn)3D打印材質(zhì)不一樣的是,這款凝膠變體時(shí)無需人為干涉,而且無需費(fèi)力就能反復(fù)開關(guān)。
  
  雖然這項(xiàng)技術(shù)仍處于初始階段,但像這樣的可變形材料(不管是遇水、遇熱或者壓力而變形)在建筑中可能會(huì)引領(lǐng)巨大進(jìn)步,在一些極端環(huán)境,例如外太空里,很輕易就能組裝材料,而無需依靠人類或者是昂貴的精制機(jī)器人。此外,如果未來的3D打印進(jìn)化到分子層面,那么醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面可能會(huì)得到真正的革新。
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