科学家成功打印新型液晶弹性体

发布时间：2023-09-13 14:12:20 所属栏目：动态来源：

导读：相比于传统的制造方法，3D 打印具有一系列独特的优势，比如支持高度定制化的柔性生产从而可以满足特定的应用需求，能够以数字化的形式制造复杂几何外形和内部精细结构，从而为产品设计提供极大的自由度，还可实现一体

相比于传统的制造方法，3D 打印具有一系列独特的优势，比如支持高度定制化的柔性生产从而可以满足特定的应用需求，能够以数字化的形式制造复杂几何外形和内部精细结构，从而为产品设计提供极大的自由度，还可实现一体化加工成型从而无需进行繁琐的后续组装工序。

近年来，4D 打印技术的发展为液晶弹性体（LCEs，Liquid crystal elastomers）的设计和制造解锁了更多的可能性。LCEs 是一类非常有前景的智能软材料，可以在多种外界刺激下发生与其液晶基元取向相关联的大幅度可逆的形状变化。

目前大多数 4D 打印 LCEs 依赖于热响应机制，形状变化特性固定且单一，缺乏功能多样性和可再编辑性，难以适应实际应用环境，尤其是多功能仿生机器人、多任务制动器和高精度自适应设备的需要。

所打印的材料能在紫外光辐射之下从白色转变为黑色，并在空气中从黑色可逆地变回白色，且能获得可编程的光热制动行为。

通过精心设计结构和控制光照辐射，该团队实现了4D 打印 TiNC/LCE 复合材料的整体或局部编程、擦除和再编程功能，进而创造出多样化的颜色图案和复杂的 3D 结构。

这项研究不仅拓展了 4D 打印 LCEs 的应用范围，还为可再编程功能实现提供了新途径，该研究提供了一种新的灵感，用于创建拥有高度复杂的自适应结构的智能软体机器人；同时也开创了新的道路，以设计并构建可定制的、动态的结构。

所开发的材料在多功能软体机器人、伪装和多级信息存储等多种领域具备一定的应用潜能。这项工作不仅能为材料研究领域带来创新，还将在光学传感、显示、防伪等方面产生广泛应用。

研究中，该团队先是从 4D 打印的原材料——墨水材料的开发着手。这个阶段的目标是确保复合的墨水不仅能拥有良好的打印性能，还能满足可逆光致变色特性和可再编程响应特性的要求。

其次，他们将结构设计作为研究的重要组成部分。不仅在微观层面上优化了液晶基元的取向排列方式，同时在宏观层面也进行了几何结构的设计，以便最大程度地发挥材料的性能。

再次，打印工艺的优化是保证研究成功的关键一环。为此他们不仅需要调整打印参数以实现液晶基元的取向排列，还需以较高精度让打印件的三维形状得以保持。

最后，通过性能测试和表征，他们揭示了“材料-结构-打印”三者之间的相互影响，通过参数优化的推动，实现了理想的刺激-响应特性。

期间，也曾经历一段颇具挑战的时期。担任相关论文第一作者陈梅博士曾遇到一个技术难题：即所制备的墨水材料无法顺利地被打印机挤出。

通过深入分析打印过程中的各个环节，他们发现挤出口处打印温度偏低导致材料无法正常挤出。

为解决这一问题，他们对打印机装置进行优化改造，为打印头配置了分段加热套。经过对工艺参数进行精细调整，成功克服这一难题，实现了墨水材料的连续挤出。我们研发的这种新型喷墨打印机，不仅可以打印高质量的文件，还可以用于复杂的印刷设计，比如复杂的标签、标识等。

（编辑：汽车网）

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