4D打印引入柔性电子领域

发表于 2016-12-16 14:44:40 显示全部楼层 0 1999

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3D打印技术日渐走入人们的生活,4D打印开始在科学界热了起来。而所谓的4D打印,在3D维度上增加了一个时间的维度就是4D,随时间的变化会出现自动变形的具有形状记忆功能的智能材料,比如形状记忆聚合物(SMPs),通常这种材料在打造成为新的形状以后,在受到外部刺激,比如热、压力等,会恢复到原来的形状。

4D

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近日,在耶路撒冷希伯来大学Casali应用化学中心的一群研究人员,就将4D打印引入了柔性电子领域。更重要的是,这群研究人员使用一台PLA 3D打印机就实现了对形状记忆聚合物的打印。在此之前,科学家们进行4D打印要么使用低级的挤出式打印机,要么使用高端的多材料喷墨3D打印机。而Casali中心的研究人员使用的则是一台Asiga Pico Plus39 DLP光固化3D打印机,就能够以比我们通常使用的3D打印机更高的分辨率打印SMPs。此外,该项目的研究人员Michael Layani说:“在此之前,4D打印的结构主要是基于其敏感的部位的,也就是说其整个结构只有一小块具有反应性,因此其形状记忆行为是有限的,只能沿着特定的执行路线进行,而我们的结构则是完全自由的,可以对其形状记忆路线进行编程。”

在最近提交给《Advanced Materials》的一篇名为《3D Printing of Shape Memory Polymers for Flexible Electronic Devices》(用形状记忆聚合物3D打印柔性电子器件)的论文中,研究人员们解释了他们是如何将SMPs用于柔性电子领域的。在这项研究中,科学家们开发出了一种工艺,该工艺能够创建出具有完整运动能力的结构,而不是只有特定的部分可以运动。他们创造了一个定制的加热树脂桶,在这个树脂桶中Asiga 3D打印机的打印平台是逐层降低的。通过在底部用UV光进行逐层固化,他们能够避免氧分子的抑制作用。除此之外,研究人员还在网络上下载了一些开源的STL文件,用于打印测试模型,比如一只鸟、一个埃菲尔铁塔和一个血管支架。

这些3D打印出来的模型在室温条件下是刚性、蜡样的,然后研究人员使用热风枪将其加热到熔点以上,它们就变软了并可以再塑形。于是研究人员改变了它们的形状并将其冷却到熔点温度以下,使其重新固化。但是当它们再次被加热时,记忆被触发,模型又恢复了其原始的形状。

研究人员们称,在将此技术应用于柔性电子电路时,可将SMPs集成到导电材料中以触发其移动能力。比如一个平板的SMP电路,用导电的银纳米粒子油墨印刷,可以通过施加和撤销电压触发其运动,从而导致电路的开启和关闭。这样的响应对象可用于软机器人、微创医疗设备、传感器和可穿戴电子产品的制造等。3D打印技术的使用克服了热固性树脂难以加工的特性并可以实现其它技术难以实现的复杂的几何形状。

已处于萌芽之中的4D打印技术又能给我们带来怎样的惊喜呢?我们将拭目以待。
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