布法羅大學研究人員3D列印可調鐵電超材料

從研究人員布法羅大學（UB）已經開發了3D的獨特方法印刷的鐵電材料，那就是可以有自己的偏振材料通過使用電場切換。在《美國國家科學院院刊》上發表的論文「3D列印的分子鐵電超材料」中，這項研究為超材料和電子設備帶來了有趣的可能性。

在進入論文本身之前，我們需要鐵電學一些背景知識。就像某些材料是天然鐵磁材料並具有磁性一樣，其他材料也是鐵電材料，這意味著它們具有極化作用。它們是熱電和壓電的。儘管大多數鐵電材料都不含鐵，但儘管前綴為「 ferro」，但其電極化的大小和方向仍可以根據溫度，壓力或電場的變化而改變。

這使它們成為特定電子或生物醫學應用的理想選擇，例如隨機存取存儲器，超聲成像，數據存儲，顯示器等。

具有鐵電特性的3D列印結構。

在UB研究中，研究團隊採用了高氯咪唑（ImClO4），「一種具有優異的機電耦合和可重新編程的剛度的透明分子鐵電體」。由於該材料是水溶性和透明的，因此適合進行數字光處理（DLP）和立體光刻（SLA）3D列印。材料的低衍射指數使UV光可以穿透材料而不會發生光散射。

因此，該團隊將ImClO4粉末與對紫外線敏感的樹脂和Anycubic的DLP 3D印表機混合在一起。一旦在混合物上印刷了複雜的晶格結構，該零件就會脫水，使其保持其形狀。而且，由於材料的「可重新編程的剛度」特性，該團隊能夠通過將損壞的部分溶解在ImClO4溶液中來記錄列印對象執行的裂縫的自修復。

研究人員證明，印刷材料的鐵電性能接近於未印刷的ImClO4，其極化對電場的響應適當，介電性能對溫度的變化響應。此外，與允許降解的ImClO4部件相比，自修復3D列印部件能夠恢復其鐵電性能。

製造具有鐵電特性的零件通常要花費幾個小時，而UB團隊由於連續DLP工藝的速度而能夠在短短幾分鐘內完成零件的製造。UB工程與應用科學學院機械與航空航天工程系教授，首席作者任申強博士說：「研究是鐵電超材料的極限。」

這項研究部分由美國陸軍研究辦公室（ARO）資助，該辦公室發現飛機隔音，減震器和彈性披風的潛在應用。

ARO項目經理Evan Runnerstrom博士詳細說明：「 ARO資助Ren教授的項目的原因之一是分子鐵電適合於自下而上的加工方法（如3D列印），否則將很難與傳統的陶瓷鐵電一起使用。這為用於減振或可重新配置電子設備的可調諧超材料鋪平了道路，這將使未來的陸軍平臺能夠適應不斷變化的條件。」

這只是用3D列印開發的超材料的最新示例之一。一些研究針對對環境做出反應的軟機器人。其他人則採用了納米尺度的幾何形狀來影響物體在宏觀尺度上的行為。以上所有這些可能會使未來的3D列印幾乎無法從我們今天的理解中識別出來。