受热收缩材料诞生 “热胀冷缩”一词或将改写

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MIT工程师3D打印出的结构会受热收缩

美国劳伦斯利物莫尔国家实验室（LLNL）近日发布公告称，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。

来源：科技日报

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