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        澳大利亞研制出新型水凝膠 滿足“4D打印”需求

        發表時間:2015/05/14 00:00:00  來源:會員提供  瀏覽次數:1985  
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           澳大利亞臥龍崗大學的科研人員們開發出一款兼容3D打印機的水凝膠,這款水凝膠材質堅勁,而且能根據水溫不斷改變形狀。這些科學家們通過3D打印一個自動水閥展示了這項技術,另外,這款材料還能用來制作柔軟的機器人,定制設計傳感器,以及自主組裝宏觀結構。

          所謂“4D打印”的目的是增材制造擴展至時間上的維度。該理念是通過使用對熱量、水或者壓力敏感的特殊材質來制作3D打印物品,這些物品即使從打印機中出來很久了,還能依據環境情況用非常具體、有目的的方式自動改變形狀。在某些情況下,有些物品甚至能恢復到它們原來的形狀。
            4D打印的例子包括烘烤時能簡單自組裝的物品,能根據水、熱量或者壓力彎曲成型的聚合物,以及受自組裝納米結構啟發的智能繩索。不過,無可否認的是,4D打印目前的階段距離實用階段還非常遠,但這項技術非常年輕,而且很可能會取得重大進步,就像3D打印一樣。
            據het Panhuis以及團隊里的Marc教授稱,目前4D打印應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時間,而隨著這些材料彎曲,它們會失去機械強度,此外只要達到某一點,形狀改變才可逆。因此,科學家們開發出一款特殊的水凝膠,這款水凝膠能依據水溫的改變生成快速、可逆以及機械性可靠的改變。
            研究人員創造出一款使用堅硬離子共價糾纏(ICE)凝膠的材質作為活性物質,濃度達20%。ICE凝膠包含兩種依靠交聯離子與共價化學鍵的聚合物網絡。這個獨特的結構讓材質更堅硬,而且可預防結構內的微觀裂縫,避免災難性的機械故障。
            超過35C(95F)的臨界溫度,凝膠就會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象作為3D打印的一個閥門,當遇到熱水時,它就會關閉,把99%的水分鎖住,當水溫下降時,它就會打開。跟標準3D打印材質不一樣的是,這款凝膠變體時無需人為干涉,而且無需費力就能反復開關。
            雖然這項技術仍處于初始階段,但像這樣的可變形材料(不管是遇水、遇熱或者壓力而變形)在建筑中可能會引領巨大進步,在一些極端環境,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器人。此外,如果未來的3D打印進化到分子層面,那么醫學應用方面可能會得到真正的革新。
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