高科技：壓電材料3D列印技術

原文壓電材料3D列印成功圖及細節圖

什麼是壓電材料？壓電材料是受到壓力作用時會在兩端面間出現電壓的晶體材料。簡單來說，就是這種材料具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能，主要應用範圍包括各種智能機器人的壓力/加速度感測器、智能手機按鍵等電子原器件。壓電材料最初發現於19世紀，自誕生起，製造技術的進步導致了對製作環境的要求越來越高，以及越來越複雜的工序，用以生產出與加工後的電子設備相連的薄膜和塊。昂貴的工藝和材料固有的脆弱性限制了最大化材料潛力的可能。

美國弗吉尼亞理工大學工程學院機械工程助理教授、大分子創新研究院成員鄭曉宇(雷恩)音和他的團隊開發出了3D列印壓電材料的方法。這項技術可能將是機器人技術、能量收集技術和觸覺感知技術和智能基礎設施等高新技術的一次巨大飛躍。

壓電材料只有幾種特定的形狀，由易碎的晶體或陶瓷製成，這種材料需要一個乾淨的房間來製造。鄭的團隊已經開發出一種三維列印技術，可以不受形狀或大小的限制。該材料也可以被用來提供下一代智能基礎設施和智能材料，用於觸覺感知、衝擊和振動監測、能量收集和其他應用。

鄭的團隊開發了一個模型，允許他們操縱和設計任意的壓電常數，通過一組三維可列印拓撲結構，使材料產生電荷運動，以響應來自任何方向的輸入力和振動。與傳統的壓電技術不同，傳統壓電技術的電荷運動是由固有晶體決定的，這種新方法允許用戶規定和編程電壓響應，從而在任何方向上放大、反轉或抑制。

團隊已經展示了一種包裹在曲面上的智能材料，其應用範圍遠超出可穿戴設備和消費電子產品的範疇。該材料的靈敏度比柔性壓電聚合物高5倍。這種材料的剛度和形狀可以調整，並製成類似於紗布條的薄片，或硬塊。

本文譯自 phys，由譯者 利維坦 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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