颠覆"热胀冷缩"，MIT方绚莱3D打印出受热收缩的超材料

2018年2月25日，南极熊获悉，2016年《PHYSICAL REVIEW LETTERS》杂志发表了一篇MIT的研究论文，介绍了一种3D打印的超材料结构，在加热温度升高的情况下出现收缩的现象，这一现象完全违背了我们的常识——“热胀冷缩”。如今这项技术已经在国内由深圳摩方材料产业化。

科技日报曾对此做过报道，该研究由美国劳伦斯利物莫尔国家实验室（LLNL）、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。

如今，南极熊了解到，MIT方绚莱教授的技术已经在国内由深圳摩方材料产业化，摩方材料自主研发的nanoArch 3D打印机，可以实现超高精度的3D打印，下图中的微弹簧可以说明该项3D打印技术的工艺水平，这样的精度和结构可以用于传感器的生产。

来源：科技日报
编辑：南极熊