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硬如木头、软如海绵:4D打印智能材料能随温度改变性质形状

美国罗格斯大学—新不伦瑞克工程师创造了一种柔性轻质材料,经4D打印后的材料可用于飞机和无人机的机翼、柔软机器人、微型植入式生物医疗装置等。
硬如木头、软如海绵:4D打印智能材料能随温度改变性质形状
(图片: Pixabay)

美国罗格斯大学—新不伦瑞克工程师创造了一种柔性轻质材料,经4D打印后的材料可用于飞机和无人机的机翼、柔软机器人、微型植入式生物医疗装置等,能更好地实现减震和变形。相关成果发表在最近一期《材料视界》杂志中。

3D打印也被称为增材制造,可通过逐层打印的方式,将预先构建的数字蓝图转变为物体。

基于这项技术的4D打印有一个很大的不同之处,它使用特殊材料和复杂设计来打印物体,这些物体在环境条件如温度变化下,会随之改变形状。

工程师们创造的这种新“超材料”,经过精心设计,具有自然界中找不到的特性,它们不同寻常甚至违反直觉。以前,超材料的性质和形状一旦制造出来就不可逆转,但此次用热量来调整特性的超材料,能在被击打时保持刚性,或像海绵一样变软以吸收震动。

在室温73华氏度(约22.8℃)和194华氏度(90℃)之间的温度区间,刚性调节可以超过100倍,从而很好地控制减震。材料可重新成形,以用于各种目的。它们暂时变形,转变为任何形状,然后在加热时,根据需要回复其原始形状。

这种神奇的材料,可用于提高飞机或无人机机翼性能,还可用于空间发射的坍塌轻质结构,甚至更大结构的太空板的重建。由这种材料制成的软机器人像章鱼一样柔韧,可根据环境和当前任务,调整灵活性或刚度。而将其插入微小装置植入人体进行诊断或治疗,可以让介入装置暂时变得柔软和灵活,进入人体进行微创手术并减少疼痛。

总编辑圈点

我有一根仙女棒,变大变小变漂亮。在4D打印技术的加持下,在现实世界上演一场“超级变变变”不再是童话。只需特定的条件,比如温度或者湿度,不需要复杂的机电设计,材料就能“聪明乖巧”地改变自身的性质和形状。文中提到的“超材料”,也正是具有特殊甚至反常性质的人造材料。人类给予材料神奇的“魔法”,而材料又将这种“魔法”回馈给人类。尽管技术还不成熟,但可以想象,若超材料得到普遍应用,那如今很多科幻小说里的场景,和现实一比,都会相形见绌。

科技日报