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清華大學(xué)全新的可實現(xiàn)超大尺度膨脹變形的液態(tài)金屬復(fù)合材料

魔猴君  行業(yè)資訊   2010天前

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關(guān)于低熔點(diǎn)金屬3D打印技術(shù)的商業(yè)價值,未來的很多應(yīng)用將以復(fù)合打印為主,如基于液態(tài)金屬的可植入式生物醫(yī)學(xué)電子器件的體內(nèi)3D打印技術(shù),將金屬的導(dǎo)電性和非金屬的絕緣封裝特性結(jié)合起來制作柔性器件。采用多種墨水,運(yùn)用多種打印技術(shù)制作電氣系統(tǒng)(如立體電路)、機(jī)電器件、功能器件等將會是今后一段時間的發(fā)展趨勢,在制造業(yè)、電子信息、能源和醫(yī)療技術(shù)等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生巨大的應(yīng)用需求,其發(fā)展方興未艾。

近期,據(jù)魔猴網(wǎng)了解,清華大學(xué)、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的聯(lián)合研究小組在美國化學(xué)學(xué)會期刊ACSOmega上刊發(fā)了一篇論文, 描述了他們發(fā)明的一種全新的可實現(xiàn)超大尺度膨脹變形的液態(tài)金屬復(fù)合材料,這一突破將可編程、可變形液態(tài)金屬柔性智能機(jī)器人研制工作向前推進(jìn)了一大步。

可編程可變形態(tài)

這一突破將可編程、可變形液態(tài)金屬柔性智能機(jī)器人研制工作向前推進(jìn)了一大步。以自然界生物進(jìn)化的觀點(diǎn)看,離成為真正的“終結(jié)者”,中國科學(xué)家們相當(dāng)于已經(jīng)培育出了“細(xì)胞”。中國團(tuán)隊在十分有限的條件下經(jīng)過近20年持續(xù)不斷的努力,做出的大量研究在國際上持續(xù)引發(fā)著重大而廣泛的影響,超前優(yōu)勢十分明顯,還使得液態(tài)金屬研究從冷門逐漸成為國際上備受矚目的重大科技熱點(diǎn)。


液態(tài)金屬復(fù)合材料其實是一種內(nèi)部包含低沸點(diǎn)工質(zhì)的,由液態(tài)金屬和硅膠制成的材料。(液態(tài)金屬并不只是一種,而是種類繁多的大家族,通過不同的金屬和配比,可以獲得不同性能的液態(tài)金屬)研究小組負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)劉靜教授表示,這種材料也是我國在國際上最早提出的液態(tài)金屬硅膠復(fù)合材料體系的延伸。


這種可以被3D打印成任意形狀的特殊材料,可以擺脫其它剛體支撐物和溶液環(huán)境并得以站立,呈現(xiàn)出超大尺度變形和運(yùn)動功能,且全部過程可逆。 通過嵌入可編程的加熱系統(tǒng)及一些設(shè)計,研究人員將這種材料制備成了一系列新穎獨(dú)特的概念型功能物和柔性機(jī)器架構(gòu)。


當(dāng)這種材料負(fù)載酒精的液滴,能夠快速變化體積,膨脹程度可以超過其原始高度的11倍!

長久以來,研發(fā)可在不同形態(tài)之間自由轉(zhuǎn)換,以執(zhí)行常規(guī)技術(shù)難以完成的更為特殊高級任務(wù)的變形軟體機(jī)器人,是全球科學(xué)界與工程界的夢想。而這種既具有金屬的導(dǎo)電導(dǎo)熱性,又具有液體流動性的特殊材料,尤其適合制備無線控制的軟體機(jī)器人。更重要的是,該研究團(tuán)隊還通過理論分析得出了熱驅(qū)動變形的影響因素以及最適宜的材料的比例。

隨著研究的深入,將液態(tài)金屬用于腫瘤的治療、神經(jīng)和骨骼修復(fù),已經(jīng)不是一種幻想。因此,液態(tài)金屬的空間應(yīng)用遠(yuǎn)不止軟體機(jī)器人方面。作為一大類新興功能物質(zhì)和材料,液態(tài)金屬正被快速推進(jìn)到 生物醫(yī)療健康、芯片冷卻、能量捕獲、印刷電子及3D打印等高新科技領(lǐng)域,帶來顛覆性變革的同時催生出一系列戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

(以上來源網(wǎng)絡(luò)公開資料)

總結(jié):

我國在液態(tài)金屬的研究與應(yīng)用轉(zhuǎn)化方面做出了積極的努力。2014年,由劉靜研究員帶領(lǐng)的中科院理化技術(shù)研究所、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院聯(lián)合研究小組,首次提出了一種全新概念的低熔點(diǎn)液態(tài)合金骨水泥,用以加固和修復(fù)受損骨骼,這種可注射型金屬骨骼技術(shù)打破了傳統(tǒng)非金屬骨水泥的范疇。相應(yīng)研究在線發(fā)表于Biomaterials,論文題為“用于可逆及快速成型的液-固相轉(zhuǎn)換合金骨水泥”。


與此同時,基于液態(tài)金屬的液-固相轉(zhuǎn)換機(jī)制,該小組還在國際上首次提出并證實了一種“液態(tài)金屬人體外骨骼技術(shù)”。此外,基于實驗室近年來提出的液態(tài)金屬印刷電子學(xué)概念,該小組還建立了一種獨(dú)特的人體皮膚電子電路成型方法——室溫液態(tài)金屬模板噴印技術(shù),研究成果以封底文章形式發(fā)表于Journal of Materials Chemistry B (材料化學(xué)雜志)上,論文題為“在皮膚上基于液態(tài)金屬模板噴印方法快速構(gòu)建用以檢測生理信號的導(dǎo)電元件”。


文章來源:3D科學(xué)谷

   
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