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膶憽Ｃ绹鴦趥愃估锬獱枃覍嶒炇?LLNL)25日發(fā)布公告稱，該實驗室工程師和麻省理工學院(MIT)、南加州大學、加州大學洛杉磯分校科學家合作，首次3D打印出受熱收縮的全新超材料。這個新型結(jié)構(gòu)在降溫后還可恢復之前體積，能反復使用，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儀器等。

　　傳統(tǒng)大體積材料的熱力學特性都表現(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)，包含橫梁和空心點陣兩個部分，因不同材料受熱時相對位移不同，使得連接點處向內(nèi)拉伸，帶動整個晶格結(jié)構(gòu)向內(nèi)拉伸，從而表現(xiàn)出獨有的熱收縮特性。

　　MIT力學工程教授方絢萊帶領(lǐng)的研究團隊承擔了該研究的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)，類似噴墨打印機和數(shù)字曝光機的結(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，可以得到所需的復合材料。

　　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。總體上看，整個空心的點陣結(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;甚至穿越太陽強熱照射的人造衛(wèi)星等。

　　總編輯圈點

　　熱脹冷縮被認為是一種常識，本文超材料的熱收縮特性卻有點“反常識”，然而再細究一下發(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，獨特設計的結(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。