黑科技！新型復合4D打印材料，光熱刺激下變身為不同形態(tài)

4D打印是一種革命性的新技術。這一概念準確的說是一種自變形材料，只要受到某些因素的刺激（比如光、熱、電、磁和振動），就能在無需機電設備的情況下自動變形為預設的形狀。之前的4D打印材料多是記憶合金，而現(xiàn)在，這份名單上又加入了一位新成員，它就是最近由匹茲堡大學Swanson工程學院和克萊姆森大學的研究者們聯(lián)合開發(fā)出的一種全新的復合材料。這種新型4D打印材料是通過將熱敏凝膠與光敏纖維相結合開發(fā)出來的，能夠在不同強度光和熱的刺激下多次變形為不同的形狀，有很大的潛力用于柔性機器人和仿生學4D打印自適應設備。

由于能夠自由將不同屬性的材料塑造成具有特定功能的形態(tài)，當前火熱的3D打印技術已經成為了制造與設計領域的有力工具。不過大部分由這種技術打造出的物體都只能實現(xiàn)某種單一的功能。于是，在打印成型后也能按需實現(xiàn)多種不同功能就成為了人們對下一代技術的期望，而4D打印正在令這種愿景成為現(xiàn)實。

據中國3D打印專業(yè)媒體平臺南極熊了解，這種新型復合4D打印材料是由匹茲堡大學化學與石油工程系的教授Anna C. Balazs與克萊姆森大學材料科學工程系的副教授Olga Kuksenok合作開發(fā)的。他們開發(fā)了一種計算模型，能夠設計合成熱敏聚合物凝膠和光敏纖維。最終的成果 — 復合4D打印材料同時具有很高的可重構性和機械強度，不但可以多次變形為不同形狀，而且在不同的刺激下會表現(xiàn)出不同的反應。

舉例來說，在光線照射下，由這種材料制成的某個樣品會向一個方向彎曲，而受到熱刺激時則會向另一個方向彎曲；另一個樣品在光照下會像毛蟲一樣卷曲，而受到熱刺激則會像手風琴一樣收縮。這就意味著由這種材料制成的單一物體是可以通過編程實現(xiàn)多種不同功能的。

“有了4D打印材料這種變形能力，為實現(xiàn)新應用制造新部件就不再是必需，而這可以大大降低成本，”Balazs教授表示，“目前，研究的任務就是創(chuàng)造出一種全能材料，同時具備足夠的強度和可塑性，又能在面對不止一種刺激時做出不同的反應。”

通過向熱敏凝膠中植入涂有SP涂料的光敏纖維就可以實現(xiàn)這種單一物體面對不同刺激時的多種反應。研究者還表示，通過在纖維上進行SP的局部化，復合材料還能實現(xiàn)只對光線有反應的“隱藏”模式。這種仿生學的刺激響應動作有很大的潛在應用價值，比如用于需要實現(xiàn)多種不同彎曲動作的柔性機器人關節(jié)。

目前，兩名研究者已經將相關的研究內容發(fā)表到了英國皇家化學學會的學術期刊Materials Horizons上，標題是《融合了光敏纖維與熱敏凝膠的復合材料的多刺激反應行為》。未來的研究會將目標集中到如何實現(xiàn)纖維的自定義排列，從而制造出可做出抓握動作的手形結構。

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