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科学家利用3D打印创造可提起自身重量15倍的智能材料

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-03-24  来源:互联网  浏览次数:210
       近日,达特茅斯学院化学助理教授Chenfeng Ke实验室对外发布消息称,其使用3D打印创造出能够提起自身体重15倍的智能材料。该材料通过将称为轮烷的机械互锁分子转化成纳米机械来工作。

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由于能够响应于刺激而执行任务,因此可将能量转化为运动的Rotaxanes,有时称为“纳米机械”。然而,让它们像真正的机器一样工作已经被证明是棘手的。由于这些轮烷的组合可以由数十亿个随机取向的个体组成,所以“运动”实际上是在每个方向发生的,这通常导致没有任何有用的功能。

为了充分利用轮烷,科学家们需要设计一种控制它们的方向和同步运动的方法。现在,达特茅斯大学化学专家Chenfeng Ke似乎已经找到了一种这样做的方法,即借助于3D打印。

该实验室一直在使用称为聚轮烷的分子系列,其在分子轴上具有多个环,并且可以更容易地进行加强和控制。

研究小组发现,通过向一组聚轮烷中加入水,它们可能导致微小分子的环粘在一起而不是一边移动。这使得分子更“僵硬”,并允许研究人员制造出数十亿个这些更强分子的复杂系统,所有这些都正确地面向工作。

随着聚轮烷的环锁定在并排的位置,实验室能够将含有分子的聚合物混合物3D打印成格子状结构。“在3D打印出聚合物之后,我们使用了一种光固化工艺,类似于在美甲店的硬化指甲油的紫外线灯来固化聚合物。”Ke说。“我们留下了一种具有良好3D结构完整性和机械稳定性的材料。”

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研究人员发现,3D打印的晶格立方体结构最适合于最大限度地提高材料的变形能力,这提高了其进行有用工作的能力。通过使用溶剂将聚轮烷的环结构从随机穿梭转移到静止状态,然后再次返回,研究人员可以很容易地控制材料的运动。

“就像移动珠子加强或削弱弦一样,这种形状变化是至关重要的,因为它允许将分子运动放大到宏观运动。”Ke说。

通过测试这些3D打印材料的机械功能,其结果令人印象深刻。根据研究人员称,由这种智能材料制造的3D印花格子立方体可以提起一个小巧的硬币,尺寸为1.6毫米,重量是立方体的15倍。

重要的是,这只是3D打印操作轮烷的开始。“我们希望这一进步将使科学家能够进一步开发智能材料和设备,”Ke评论道。“例如,通过对上升运动增加收缩和扭曲,分子机器可以用作类似于人类可以做的复杂任务的软机器人。”

 
关键词: 3D打印 智能材料
 
 
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