3-D打印高分子机械传感器
引言:你可以想象一下,3D打印出来的高分子可以根据其环境来做出适当的响应,这是一种什么样的情形?据国外媒体报道,化学家们与工程师们联合起来,使用3-D打印机来制造带有新能力的3-D物品。科学家们创造一个骨型的塑料标签,其拉伸后可变为紫色,从而可以轻松记录施加于物件上的力。

(上图为打印有字母‘UW’的3-D标签。下图为相同的材料拉伸后的标签。图片来源: A.J. Boydston / UW)
“在华盛顿大学,一场由来自工程领域的3-D打印,和来自化学领域的功能材料的联姻正在发生着。”华盛顿大学化学系的助理教授Andrew J. Boydston说到。
来自华盛顿大学化学系的博士生Gregory Peterson和Michael Larsen,制造了一种高分子材料,他们将此种高分子材料作为华盛顿大学化学实验室的商用3-D打印机原料,“我们想证明功能性化学品和现有的打印材料可以很好的结合起来,” Boydston说到,“我们发现设计化学可以很快地应用到3-D打印中。”
打印的标签是一块白色的塑料,塑料上有几乎看不见的横条,在拉力作用下横条会变为紫色。这种材料可作为成本低廉的机械传感器,而且没有电子电路组分。打印整个器件耗时约15分钟,成本不到1美元。这种传感器可用来记录建筑或其他结构中所受应力和应变。Boydston很希望开发一种传感器,可以同时记录受力或者冲击的速度,例如可用在橄榄球头盔上,当其受到足够冲击力时会发生颜色变化。
这个研究项目是Boydston所在的科研小组与该论文的共同作者Mark Ganter 及Duane Storti间诸多合作项目的一部分,后两位是来自华盛顿大学的机械工程师,他们已经开发出了新型的3-D打印材料和技术。
(研究人员们还可以加入拉伸后在紫外光下发光的高分子 。图片来源:A. J. Boydston / UW)
不同的指令可以控制机器在不同的组件上打印塑料,而在打印物中间位置带有这种可改变颜色的横纹,然后用其他塑料进行封装,或者打印成想要的其他形状。
Boydston擅长有机合成领域,用他的话说就是,“这意味着用更简单、更易得到的分子去制造更多复杂分子。”
“也许这个材料目前没有受到应力,但是在你观察之前,它其实已经受过很多次应力了。而这些不同的材料可以记录其承载历史。” Boydston说到。
(图示为,研究人员们在两个打印喷头分别放入略微不同的塑料。其中一种塑料为拉伸下会变色的塑料。图片来源:A. J. Boydston / UW)
Boydston会继续跟Ganter及Storti合作,以使用可设计的高分子材料来设计和制造更多3-D打印物件。Boydston说,3-D打印技术创造了很多新的可能性,这是一个我们需要继续去开拓的领域。
新材料在线翻译团队编译整理——翻译Gary
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