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賓夕法尼亞州立大學開發3D打印智能變色應力響應材料

時間:2025-05-05 15:51 來源:南極熊 作者:admin 閱讀:

     2025年5月4日,賓夕法尼亞州立大學工程與應用科學學院的一支多學科研究團隊,成功開發出一種用于3D打印膽甾型液晶彈性體(CLCE)的創新方法。該技術結合先進的打印工藝與CLCE獨特的光學特性,為動態變色材料在智能傳感、柔性顯示與軟體機器人等前沿領域的應用奠定了基礎。
 

相關研究已發表在《Advanced Materials》期刊上,題目為“三維結構中膽固醇液晶彈性體的同軸直接墨水寫入技術”(傳送門)


        CLCE是一種柔性橡膠狀材料,具備獨特的光控能力,能夠在受到機械應力時產生結構色變化。這一性質源于材料內部有序的扭曲螺旋結構,類似于某些昆蟲外殼對光線的反射機制。
 

△硅膠支撐CLCE線材的同軸3D打印


研究負責人、材料科學與工程系主任Shu Yang教授表示。“顏色的變化并非來自顏料,而是材料對光的結構性干涉,就像某些甲蟲殼在不同角度下呈現出五彩斑斕的視覺效果。這類材料具有廣泛的潛力,可應用于可穿戴醫學設備、非侵入式診斷系統、實時監測平臺,甚至在未來的藝術與建筑中發揮作用。”
 

△剪切作用下膽甾相的形成


     本研究的核心突破在于研發出一種名為同軸直接墨水寫入(DIW)的新型3D打印技術。該方法能夠高精度打印多穩定、可變色的復雜結構,克服了傳統方法中CLCE材料在打印過程中的流動性與結構形成之間的矛盾。
 

△打印CLCE硅膠條的機械變色特性


        材料科學與工程系博士生、論文第一作者Alicia Ng介紹道“在將2D結構轉化為3D結構時,CLCE前驅液因粘度過高,阻礙了內部扭曲螺旋結構的形成,而這一結構正是實現結構色響應的關鍵。”這種創新的同軸材料組合,在保留CLCE變色響應能力的同時,顯著提升了成品結構的穩定性與可打印性。Ng補充道:“為應對這一挑戰,研究團隊設計出一種透明硅膠外殼包覆方案,為CLCE核心提供必要的機械支撐。”
     這項技術不僅提高了CLCE材料在3D打印過程中的兼容性,還擴展了CLCE材料可設計性和功能性,為面向未來的功能性材料開發提供了新路徑。


 

(責任編輯:admin)

weixin
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