陸洋團隊:首次製備液態金屬-聚合物核殼結構的微點陣力學超材料

2020-11-28 東方財富網

原標題：陸洋團隊：首次製備液態金屬－聚合物核殼結構的微點陣力學超材料

　　借助微納級3D列印技術，液態金屬實現自我修復。

　　1991年上映的科幻電影《終結者2》描繪了一個能夠隨意變形，可自我修復的液態金屬機器人T-1000，展現了液態金屬應用的無限可能。電影中液態金屬機器人是邪惡的化身，在實際應用中，液態金屬卻大有裨益，特別是在小尺度一些精密的應用上，如神經纖維修復和微型機器人。然而直接暴露的液態金屬不易操作，且容易腐蝕其他金屬，應用不當會帶來不良後果，有鑑於此，香港城市大學「納米製造實驗室」的科研團隊正在嘗試在微觀尺度上「駕馭」液態金屬，使得其為未來精密應用，特別是金屬力學超材料帶來更多新的可能。

　　目前的金屬微點陣力學超材料具有超輕、高比強度等特性，在無人機機翼、小微型電子器械等器件上具有很好的應用前景。但是，目前這類力學超材料的韌性較差，且在服役過程中容易脆斷失效。為了提高韌性，香港城市大學機械工程學系陸洋教授領導的研究團隊開發了液態金屬-聚合物微點陣力學超材料。該材料不僅有良好的韌性，而且充分利用低溫度範圍下液態金屬的特性，實現了類似科幻電影中複雜形態液態金屬的自我修復功能。該項研究成果發表在國際知名期刊《Small》。

　　該團隊基於摩方精密(BMF)超高精度光固化3D印表機nanoArch S140列印出中空的聚合物外框，壁厚100-300 μm。採用真空液體填充技術在聚合物薄殼中注入液態金屬鎵(Ga)，首次製備了液態金屬-聚合物核殼結構的微點陣力學超材料。該材料具有以下特點：

　　良好的斷裂韌性

圖液態金屬-高分子點陣力學超材料良好的斷裂韌性

　　良好的斷裂韌性。相比於實心或空心高分子點陣結構，液態金屬-高分子點陣力學超材料避免了受壓過程中的脆斷失效現象。這是由於Ga的存在，阻礙了裂紋在高分子外殼中的擴展，使得該結構在裂紋出現後依然可以承受載荷。

　　形狀記憶效應

圖液態金屬-高分子點陣力學超材料良好的形狀記憶效應

　　形狀記憶效應。得益於Ga較低的固液轉變溫度(29.7)，當Ga為固態時，能夠完美的保持變形後形狀；Ga融化後，該結構又能完美的恢復至原始形貌，表現出形狀記憶效應。當採用合理的拓撲結構，該材料被大幅壓縮20%後，依然能夠完美的恢復。

　　優異的斷裂恢復性

圖液態金屬-高分子力學超材料優異的斷裂恢復能力

　　優異的斷裂恢復性。即使部分斷裂後的液態金屬基微點陣結構超材料依然能夠基本恢復原始形狀，並且能夠保持一定的承載性能(≥50%初始強度)。部分斷裂的高分子外殼在Ga融化後恢復至原始狀態，驅動整體結構恢復至原始形狀。

　　綜上所述，被3D列印包裹「駕馭」的液態金屬核心表現出良好的韌性、形狀記憶效應及優異的斷裂恢復能力。這種新型的液態金屬基微點陣力學超材料有望在生物醫療器械、微電子器件及微型機器人等應用獲得巨大的潛力，甚至實現一些以往在《終結者》或者《變形金剛》等科幻電影裡才能看到的前沿應用場景。

（文章來源：OFweek）

(責任編輯：DF537)

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