科學家發明具有形狀記憶的超級3D列印硅材料

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員使用直接油墨寫入（DIW）技術3D列印的硅氧烷超材料具有形狀記憶功能，這些材料已經顯示出廣闊的市場前景。

DIW的3D列印生產過程中使用的硅材料說明

研究人員對這種3D列印超材料已經研究多年，它比普通的3D列印材料提供很大的優勢：新穎而複雜的形狀，快速便宜的製造。在LLNL的一個新的研究項目中，科學家們已經使用直接墨水寫作來創建具有可塑形狀記憶的3D列印硅膠超材料，在變形後能夠恢復到先前的形狀。這些材料有一天可以用來製造高級的可穿戴保護墊和靠墊。

通過探索，LLNL研究人員發現他們可以定製機械響應並將功能引入到材料中，這是通過將3D列印結構孔隙度與通過向印刷油墨中加入中空的充氣微球而獲得的「內部空隙度」來實現的。研究人員說：「這裡，我們第一次證明，通過添加具有受控的殼玻璃化轉變溫度的聚合物微球，3D列印多孔彈性體可以實現形狀記憶。為了生產3D列印的硅氧烷超材料，研究人員通過微型噴嘴擠出具有高度控制的流變行為的粘彈性油墨。研究使用3軸3D印表機。

三維印刷硅材料可用於耐磨保護墊。

在研究期間，使用兩種不同的充氣微球來評估殼體強度和玻璃化轉變溫度（Tg）對3D列印結構中的壓縮特性和壓縮變形的影響。發現微球體的玻璃化轉變溫度為44℃（Tg44）可以得到比Tg113更好的結果。研究人員發現，在玻璃化轉變溫度以上的溫度下，「顯著的壓縮永久變形」。研究人員還指出，「在較低的溫度再加熱時觀察到恢復，在較大溫度（約110°C）下完全恢復。

研究人員將Tg44微球材料的形狀記憶性能歸因於加熱到高於玻璃化轉變溫度時微球的再膨脹。形狀保持由交聯結構適應。最終，這些3D列印的超材料可以進入各種實際應用。 LLNL科學家已經確定這些材料有用於保護性填充和緩衝作用的潛在的應用項目中，可以通過3D列印硅膠的改進，也可以找到其他用途。

這項研究已發表在《科學報告雜誌》上，標題為《3D列印有機硅與形狀記憶》，其作者是Amanda S. Wu，Ward Small IV，Taylor M. Bryson，Emily Cheng，Thomas R. Metz，Stephanie E. Schulze ，Eric B. Duoss和Thomas S. Wilson

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