清華大學(xué)全新的可實(shí)現(xiàn)超大尺度膨脹變形的液態(tài)金屬復(fù)合材料

魔猴君  行業(yè)資訊   2105天前

關(guān)于低熔點(diǎn)金屬3D打印技術(shù)的商業(yè)價(jià)值，未來的很多應(yīng)用將以復(fù)合打印為主，如基于液態(tài)金屬的可植入式生物醫(yī)學(xué)電子器件的體內(nèi)3D打印技術(shù)，將金屬的導(dǎo)電性和非金屬的絕緣封裝特性結(jié)合起來制作柔性器件。采用多種墨水，運(yùn)用多種打印技術(shù)制作電氣系統(tǒng)（如立體電路）、機(jī)電器件、功能器件等將會(huì)是今后一段時(shí)間的發(fā)展趨勢(shì)，在制造業(yè)、電子信息、能源和醫(yī)療技術(shù)等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生巨大的應(yīng)用需求，其發(fā)展方興未艾。

近期，據(jù)魔猴網(wǎng)了解，清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的聯(lián)合研究小組在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊ACSOmega上刊發(fā)了一篇論文， 描述了他們發(fā)明的一種全新的可實(shí)現(xiàn)超大尺度膨脹變形的液態(tài)金屬復(fù)合材料，這一突破將可編程、可變形液態(tài)金屬柔性智能機(jī)器人研制工作向前推進(jìn)了一大步。

可編程可變形態(tài)

這一突破將可編程、可變形液態(tài)金屬柔性智能機(jī)器人研制工作向前推進(jìn)了一大步。以自然界生物進(jìn)化的觀點(diǎn)看，離成為真正的“終結(jié)者”，中國(guó)科學(xué)家們相當(dāng)于已經(jīng)培育出了“細(xì)胞”。中國(guó)團(tuán)隊(duì)在十分有限的條件下經(jīng)過近20年持續(xù)不斷的努力，做出的大量研究在國(guó)際上持續(xù)引發(fā)著重大而廣泛的影響，超前優(yōu)勢(shì)十分明顯，還使得液態(tài)金屬研究從冷門逐漸成為國(guó)際上備受矚目的重大科技熱點(diǎn)。

液態(tài)金屬復(fù)合材料其實(shí)是一種內(nèi)部包含低沸點(diǎn)工質(zhì)的，由液態(tài)金屬和硅膠制成的材料。（液態(tài)金屬并不只是一種，而是種類繁多的大家族，通過不同的金屬和配比，可以獲得不同性能的液態(tài)金屬）研究小組負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)劉靜教授表示，這種材料也是我國(guó)在國(guó)際上最早提出的液態(tài)金屬硅膠復(fù)合材料體系的延伸。

這種可以被3D打印成任意形狀的特殊材料，可以擺脫其它剛體支撐物和溶液環(huán)境并得以站立，呈現(xiàn)出超大尺度變形和運(yùn)動(dòng)功能，且全部過程可逆。 通過嵌入可編程的加熱系統(tǒng)及一些設(shè)計(jì)，研究人員將這種材料制備成了一系列新穎獨(dú)特的概念型功能物和柔性機(jī)器架構(gòu)。

當(dāng)這種材料負(fù)載酒精的液滴，能夠快速變化體積，膨脹程度可以超過其原始高度的11倍！

長(zhǎng)久以來，研發(fā)可在不同形態(tài)之間自由轉(zhuǎn)換，以執(zhí)行常規(guī)技術(shù)難以完成的更為特殊高級(jí)任務(wù)的變形軟體機(jī)器人，是全球科學(xué)界與工程界的夢(mèng)想。而這種既具有金屬的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，又具有液體流動(dòng)性的特殊材料，尤其適合制備無線控制的軟體機(jī)器人。更重要的是，該研究團(tuán)隊(duì)還通過理論分析得出了熱驅(qū)動(dòng)變形的影響因素以及最適宜的材料的比例。

隨著研究的深入，將液態(tài)金屬用于腫瘤的治療、神經(jīng)和骨骼修復(fù)，已經(jīng)不是一種幻想。因此，液態(tài)金屬的空間應(yīng)用遠(yuǎn)不止軟體機(jī)器人方面。作為一大類新興功能物質(zhì)和材料，液態(tài)金屬正被快速推進(jìn)到 生物醫(yī)療健康、芯片冷卻、能量捕獲、印刷電子及3D打印等高新科技領(lǐng)域，帶來顛覆性變革的同時(shí)催生出一系列戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

（以上來源網(wǎng)絡(luò)公開資料）

總結(jié)：

我國(guó)在液態(tài)金屬的研究與應(yīng)用轉(zhuǎn)化方面做出了積極的努力。2014年，由劉靜研究員帶領(lǐng)的中科院理化技術(shù)研究所、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院聯(lián)合研究小組，首次提出了一種全新概念的低熔點(diǎn)液態(tài)合金骨水泥，用以加固和修復(fù)受損骨骼，這種可注射型金屬骨骼技術(shù)打破了傳統(tǒng)非金屬骨水泥的范疇。相應(yīng)研究在線發(fā)表于Biomaterials，論文題為“用于可逆及快速成型的液-固相轉(zhuǎn)換合金骨水泥”。

與此同時(shí)，基于液態(tài)金屬的液-固相轉(zhuǎn)換機(jī)制，該小組還在國(guó)際上首次提出并證實(shí)了一種“液態(tài)金屬人體外骨骼技術(shù)”。此外，基于實(shí)驗(yàn)室近年來提出的液態(tài)金屬印刷電子學(xué)概念，該小組還建立了一種獨(dú)特的人體皮膚電子電路成型方法——室溫液態(tài)金屬模板噴印技術(shù)，研究成果以封底文章形式發(fā)表于Journal of Materials Chemistry B （材料化學(xué)雜志）上，論文題為“在皮膚上基于液態(tài)金屬模板噴印方法快速構(gòu)建用以檢測(cè)生理信號(hào)的導(dǎo)電元件”。

文章來源：3D科學(xué)谷