MIT工程師3D打印出的結構會受熱收縮

　　“熱脹冷縮”一詞或將改寫。美國勞倫斯利物莫爾國家實驗室(LLNL)25日發(fā)布公告稱,該實驗室工程師和麻省理工學院(MIT)、南加州大學、加州大學洛杉磯分校科學家合作,首次3D打印出受熱收縮的全新超材料。這個新型結構在降溫后還可恢復之前體積,能反復使用,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儀器等。

　　傳統(tǒng)大體積材料的熱力學特性都表現(xiàn)為受熱膨脹、遇冷收縮,而這次獲得的超材料完全相反,它在受熱時會收縮。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構,包含橫梁和空心點陣兩個部分,因不同材料受熱時相對位移不同,使得連接點處向內拉伸,帶動整個晶格結構向內拉伸,從而表現(xiàn)出獨有的熱收縮特性。

　　MIT力學工程教授方絢萊帶領的研究團隊承擔了該研究的3D打印部分的工作。方絢萊在接受科技日報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,類似噴墨打印機和數(shù)字曝光機的結合。先將不同材料的液滴噴在一個透明窗口上,再通過數(shù)字投影機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構,附著在一個樣品支架上,窗口上沒有曝光的液滴則被清除。如此反復,可以得到所需的復合材料。

　　方絢萊介紹,從每個單元來看,新結構類似斜拉橋的設計,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。受熱時柔軟的樹脂先伸長,直到加固的橫梁也被拉動而相對錨定的位置轉動。總體上看,整個空心的點陣結構就呈現(xiàn)收縮。

　　這個新型結構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鏡頭;長時間使用發(fā)熱但不會影響穩(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;甚至穿越太陽強熱照射的人造衛(wèi)星等。