軟硬可變、形狀可變的4D打印超材料

         超材料是指材料的設計表現出不同尋常的特性，是具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料。 迄今發展出的“超材料”包括：”左手材料”、”光子晶體”、”超磁性材料”等。美國羅格斯大學的研究團隊開發了一款新的4D打印超材料，該材料經過特殊的設計，能夠在一定條件下發生性能變化，既可以變得像木材一樣堅硬，又能夠變得像海綿一般柔軟。根據研究團隊，這款超材料未來可應用于制造飛機、無人機機翼，軟機器人，植入式生物醫學設備等。

來源：Material Horizons

 軟硬可變形狀可變

      有關這款4D打印超材料的研究論文發表在了Materials Horizons雜志上，論文為“4D printing reconfigurable, deployable and mechanically tunable metamaterials”。在論文中，研究團隊表示，機械超材料的外來特性來自微結構元素的拓撲結構。 然而，超材料具有固定的特性而沒有適應和調整的能力。在研究中，他們提出了通過3D打印設備和具有形狀記憶屬性的聚合物材料，創建幾何可重構，功能可部署和機械可調輕質超材料，實現了超材料的剛度，幾何形狀和功能的顯著且可逆的變化。這款聚合物材料制成的超材料具有可調特性，材料在被擊打時會保持剛性，或者像海綿一樣變軟以吸收震動。

     材料的剛度也能夠根據溫度變化進行調節。當溫度在室溫水平和194華氏度之間，材料剛度可以調節超過100倍，從而實現很大程度的減震控制。該材料還可以改變形狀，然后在加熱時恢復其原始形狀。根據研究團隊，這款超材料的未來應用前景可期，潛力是用于制造飛機或無人機機翼，通過“自動”調整形狀獲得更好的性能。它們還可用于生產柔軟、靈活的機器人，或制造小型植入式醫療器械。使用這種材料制造的植入器械，在植入式暫時變得柔軟，從而易于進行微創植入。此外，由于這款超材料還具有可折疊的特點，因此未來可用于制造可折疊的輕質結構。

Review

      4D打印是指在第四維度形狀或功能發生改變，換句話說，4D打印允許對象被3D打印后其形狀和材料特性暴露在一個預先確定的刺激如浸沒在水中，或暴露于熱、壓力、電流、紫外線或一些其他的能源刺激下，其功能或形狀發生特定的改變。4D 打印技術之前大都應用在聚合物材料中。根據3D科學谷的市場觀察，香港城市大學呂堅教授研究組，在從材料出發，開 發了不同系統的硅膠基質納米復合彈性體材料作為陶瓷前驅體。

      這些彈性體材料的特性使其可以完成從 3D 打印到變形的過程，并且最終轉變為陶瓷結構，從而逐步實現打印陶瓷折紙結構和 4D 打印陶瓷。這種 4D 打印結合了 3D 打印，自變形組裝和彈性體衍生陶瓷在大尺寸陶瓷結構的形狀復雜程度、機械強度、制造成本和適應復雜環境能力上實現了突破，有望廣泛應用在太空探索，3C 電子產品，航空發動機，防彈軍事裝備，和高溫微機電系統等領域中。