热胀冷缩?超材料受热竟收缩!

聂翠蓉

2016年10月27日08:09  来源:科技日报
 
原标题:热胀冷缩?超材料受热竟收缩!

  MIT工程师3D打印出的结构会受热收缩

  科技日报北京10月26日电 (记者聂翠蓉)“热胀冷缩”一词或将改写。美国劳伦斯利物莫尔国家实验室(LLNL)25日发布公告称,该实验室工程师和麻省理工学院(MIT)、南加州大学、加州大学洛杉矶分校科学家合作,首次3D打印出受热收缩的全新超材料。这个新型结构在降温后还可恢复之前体积,能反复使用,适用于制作温度变化较大环境中所需要的精密操作部件,如微芯片和高精光学仪器等。

  传统大体积材料的热力学特性都表现为受热膨胀、遇冷收缩,而这次获得的超材料完全相反,它在受热时会收缩。该材料是用聚酯和另一种掺杂铜的聚酯打印出来的微晶格结构,包含横梁和空心点阵两个部分,因不同材料受热时相对位移不同,使得连接点处向内拉伸,带动整个晶格结构向内拉伸,从而表现出独有的热收缩特性。

  MIT力学工程教授方绚莱带领的研究团队承担了该研究的3D打印部分的工作。方绚莱在接受科技日报记者邮件采访中表示,他们采用的是显微立体光刻3D打印技术,类似喷墨打印机和数字曝光机的结合。先将不同材料的液滴喷在一个透明窗口上,再通过数字投影机把图案分别投射在需要固化的液滴背面。被光照过的区域就形成固体片状结构,附着在一个样品支架上,窗口上没有曝光的液滴则被清除。如此反复,可以得到所需的复合材料。

  方绚莱介绍,从每个单元来看,新结构类似斜拉桥的设计,只是伸缩性好的钢筋换成了相对柔软的树脂,刚度大的横梁变成了掺铜纳米颗粒的树脂。受热时柔软的树脂先伸长,直到加固的横梁也被拉动而相对锚定的位置转动。总体上看,整个空心的点阵结构就呈现收缩。

  这个新型结构适用于制作温度变化较大环境中的精密部件,如避免热胀冷缩造成焦距漂移的光学镜头;长时间使用发热但不会影响稳定性的微型芯片;提高太阳能利用效率的器件;遇高温食物能与真牙完美匹配的牙科填充物;甚至穿越太阳强热照射的人造卫星等。

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  热胀冷缩被认为是一种常识,本文超材料的热收缩特性却有点“反常识”,然而再细究一下发现,真正受热发生变化的树脂还是遵循了热胀冷缩的常识,只不过,独特设计的结构呈现给观察者相反的视觉效果。“假作真时真亦假,无为有处有还无”,科技的魅力就是这样,环环相扣,引人入胜。

(责编:王艺锭、熊旭)

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