2018/11/06
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香港城市大学研究人员开发出4D打印陶瓷
陶瓷首次采用陶瓷和聚合物特殊混合物制成的墨水进入4D打印领域。
对于某些材料，研究人员已经超越3D打印，转向所谓的4D打印。在这个过程中，时间成为第四维度，当受到热量、机械力或磁场等元素的影响时，对象可以随时间变换自身。
现在，中国的科学家们开发了一种新型墨水，这种墨水首次将陶瓷带入这个4D打印领域，为材料的新结构应用铺平了道路——包括电子设备和航空航天。具体而言，香港城市大学的一个团队使用聚合物和陶瓷纳米粒子的混合物制作了一种陶瓷油墨，可以打印柔软的陶瓷前体，并且可以拉伸超过其初始长度三倍的陶瓷前体。
该大学的机械工程系主任陆健（名字为音译）教授表示，这种延展性可以使材料变成复杂的形状，这种形状以前不可能用于陶瓷，例如折纸折叠。“凭借打印陶瓷前体的多功能形状变形能力，其应用可能非常巨大。”他在城市大学的新闻发布会上说。
通常，陶瓷由于材料的极高熔化温度而易于铸造和成形，并且现有的3D打印陶瓷前体通常难以变形，这限制了具有复杂形状的陶瓷的生产。通过卢和他的团队的工作，陶瓷前体可以利用储存在材料中的弹性能量自我重塑，当释放时，弹性能量引起转变。他说，用热处理前体后，它们变成了陶瓷。研究人员在《科学进步》杂志上发表了一篇工作的论文。
来自香港城市大学的Lu Jian教授和Liu Guo博士领导了一个研究团队，该团队开发了陶瓷4D打印，为电子和航空航天领域的新应用铺平了道路。
由该方法得到的陶瓷来自弹性体，具有通常在其他陶瓷中不存在的坚固性。实际上，弹性体通常是柔性材料，已经显示出4D打印的前景，具有良好的自转变能力。此外，团队打印的陶瓷可以比其他类似材料具有更大的尺寸和更大的强度，卢说，并补充说团队必须克服许多挑战来开发这个过程。
“整个过程听起来很简单，但事实并非如此，”他在城大发布会上解释道。“从制作墨水到开发打印系统，我们尝试了很多次和不同的方法。就像挤压蛋糕上的结冰一样，有很多因素可以影响结果，从奶油的类型和喷嘴的大小到挤压的速度和力以及温度。
卢和他的团队为他们的研究设想了许多应用。一种用于电子设备，因为陶瓷材料具有比金属材料更好的电磁信号传输能力。研究人员认为，陶瓷产品将在未来电子产品制造中发挥关键作用——特别是随着5G网络的出现。
卢说，航空航天工业是另一个可以使用4D打印陶瓷材料的领域。“由于陶瓷是一种能够承受高温的机械坚固材料，因此4D打印陶瓷具有很高的潜力，可用作航空航天领域的推进部件。”他说。
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