熱脹冷縮？超材料受熱竟收縮！
熱脹冷縮？超材料受熱竟收縮！
2016年10月31日 20:33:26 瀏覽量: 來源:科技日報 作者:聶翠蓉
“熱脹冷縮”一詞或?qū)⒏膶?。美國勞倫斯利物莫爾國家?shí)驗(yàn)室(LLNL)25日發(fā)布公告稱，該實(shí)驗(yàn)室工程師和麻省理工學(xué)院(MIT)、南加州大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分?？茖W(xué)家合作，首次3D打印出受熱收縮的全新超材料。這個新型結(jié)構(gòu)在降溫后還可恢復(fù)之前體積，能反復(fù)使用，適用于制作溫度變化較大環(huán)境中所需要的精密操作部件，如微芯片和高精光學(xué)儀器等。
傳統(tǒng)大體積材料的熱力學(xué)特性都表現(xiàn)為受熱膨脹、遇冷收縮，而這次獲得的超材料完全相反，它在受熱時會收縮。該材料是用聚酯和另一種摻雜銅的聚酯打印出來的微晶格結(jié)構(gòu)，包含橫梁和空心點(diǎn)陣兩個部分，因不同材料受熱時相對位移不同，使得連接點(diǎn)處向內(nèi)拉伸，帶動整個晶格結(jié)構(gòu)向內(nèi)拉伸，從而表現(xiàn)出獨(dú)有的熱收縮特性。
MIT力學(xué)工程教授方絢萊帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊承擔(dān)了該研究的3D打印部分的工作。方絢萊在接受科技日報記者郵件采訪中表示，他們采用的是顯微立體光刻3D打印技術(shù)，類似噴墨打印機(jī)和數(shù)字曝光機(jī)的結(jié)合。先將不同材料的液滴噴在一個透明窗口上，再通過數(shù)字投影機(jī)把圖案分別投射在需要固化的液滴背面。被光照過的區(qū)域就形成固體片狀結(jié)構(gòu)，附著在一個樣品支架上，窗口上沒有曝光的液滴則被清除。如此反復(fù)，可以得到所需的復(fù)合材料。
方絢萊介紹，從每個單元來看，新結(jié)構(gòu)類似斜拉橋的設(shè)計，只是伸縮性好的鋼筋換成了相對柔軟的樹脂，剛度大的橫梁變成了摻銅納米顆粒的樹脂。受熱時柔軟的樹脂先伸長，直到加固的橫梁也被拉動而相對錨定的位置轉(zhuǎn)動?？傮w上看，整個空心的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)就呈現(xiàn)收縮。
這個新型結(jié)構(gòu)適用于制作溫度變化較大環(huán)境中的精密部件，如避免熱脹冷縮造成焦距漂移的光學(xué)鏡頭;長時間使用發(fā)熱但不會影響穩(wěn)定性的微型芯片;提高太陽能利用效率的器件;遇高溫食物能與真牙完美匹配的牙科填充物;甚至穿越太陽強(qiáng)熱照射的人造衛(wèi)星等。
總編輯圈點(diǎn)
熱脹冷縮被認(rèn)為是一種常識，本文超材料的熱收縮特性卻有點(diǎn)“反常識”，然而再細(xì)究一下發(fā)現(xiàn)，真正受熱發(fā)生變化的樹脂還是遵循了熱脹冷縮的常識，只不過，獨(dú)特設(shè)計的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)給觀察者相反的視覺效果。“假作真時真亦假，無為有處有還無”，科技的魅力就是這樣，環(huán)環(huán)相扣，引人入勝。
責(zé)任編輯：張磊 [網(wǎng)站糾錯]
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