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达特茅斯大学开发出可对刺激作出反应的“智能”3D打印材料

导读: 达特茅斯大学的一个研究小组是Ke Research Group的一部分,由化学教授Chenfeng Ke领导。最近,他们成功创造了一种创新的3D打印材料,能够对环境刺激作出反应,可以打印“智能”4D物体。

达特茅斯大学的一个研究小组是Ke Research Group的一部分,由化学教授Chenfeng Ke领导。最近,他们成功创造了一种创新的3D打印材料,能够对环境刺激作出反应,可以打印“智能”4D物体。该团队与西北大学和德克萨斯大学达拉斯分校的科学家合作,他们的研究结果发表在Angewandte Chemie国际版杂志上。

达特茅斯大学开发出可对刺激作出反应的“智能”3D打印材料

Ke Research Group致力于开发适用于3D和4D打印应用的智能材料,以及用于环境和能源相关目的的弹性结晶多孔有机材料。他们的新型3D打印油墨能够生产响应热量或其他化学品而改变其性能的物品。这种变形允许在3D打印后进一步改变对象,从而产生通常称为4D打印的对象。

“当我们谈论3D打印时,我们可以控制X、Y和Z轴,”该论文的第一作者Longyu Li说,“现在我们可以控制打印后对象的大小、颜色以及响应。这是一个活生生的系统……现在,人们希望事物能够响应你给予他们的信息。例如,人们喜欢人工智能,因为它具有响应性,所以同样的事情发生在化学领域。”

达特茅斯大学开发出可对刺激作出反应的“智能”3D打印材料

使用智能墨水进行4D打印的巨大优势在于它能够通过大幅度简化和更易于使用的设备来生产复杂的结构。据Li介绍,该团队的方法允许一台售价1000美元的3D打印机打印物体,否则这些物体需要使用价格更高的3D打印机,成本高达100,000美元。通过材料本身的化学反应将这种自适应的“第四维”预编程到对象中意味着许多复杂的工程和设计工作已经完成。

各种不同学科的响应化学品越来越受欢迎。Ke Research Group的工作可能对工程领域以及生物医学领域有用。智能材料可用于将各种医疗设备组装在一起,特别是用于管理药物。3D打印技术可用于构建能够响应来自身体某些区域的化学触发的装置,在需要时提供药物或其他形式的适应性治疗。

达特茅斯大学开发出可对刺激作出反应的“智能”3D打印材料

“大脑处理了很多能够引发人体反应的信息,”Ke说,“我们想要在非常低的水平上模仿这些流程……创建机械地响应外部刺激的智能材料。”

目前,该团队还与工程学教授Fiona Li一起进行了一项先进的能源储存研究项目。这将使用新的4D打印方法来创建具有智能功能的电池。软机器人技术是另一个应用领域,Ke research group的智能墨水可以实现机器人设备的打印,这些设备可以适应外部因素并改变其形状以适应不同的功能。

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