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陸洋團(tuán)隊(duì)：首次制備液態(tài)金屬－聚合物核殼結(jié)構(gòu)的微點(diǎn)陣力學(xué)超材料

2020-11-27 09:45

借助微納級3D打印技術(shù)，液態(tài)金屬實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。

1991年上映的科幻電影《終結(jié)者2》描繪了一個(gè)能夠隨意變形，可自我修復(fù)的液態(tài)金屬機(jī)器人T－1000，展現(xiàn)了液態(tài)金屬應(yīng)用的無限可能。電影中液態(tài)金屬機(jī)器人是邪惡的化身，在實(shí)際應(yīng)用中，液態(tài)金屬卻大有裨益，特別是在小尺度一些精密的應(yīng)用上，如神經(jīng)纖維修復(fù)和微型機(jī)器人。然而直接暴露的液態(tài)金屬不易操作，且容易腐蝕其他金屬，應(yīng)用不當(dāng)會(huì)帶來不良后果，有鑒于此，香港城市大學(xué)“納米制造實(shí)驗(yàn)室”的科研團(tuán)隊(duì)正在嘗試在微觀尺度上“駕馭”液態(tài)金屬，使得其為未來精密應(yīng)用，特別是金屬力學(xué)超材料帶來更多新的可能。

目前的金屬微點(diǎn)陣力學(xué)超材料具有超輕、高比強(qiáng)度等特性，在無人機(jī)機(jī)翼、小微型電子器械等器件上具有很好的應(yīng)用前景。但是，目前這類力學(xué)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(xué)機(jī)械工程學(xué)系陸洋教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了液態(tài)金屬－聚合物微點(diǎn)陣力學(xué)超材料。該材料不僅有良好的韌性，而且充分利用低溫度范圍下液態(tài)金屬的特性，實(shí)現(xiàn)了類似科幻電影中復(fù)雜形態(tài)液態(tài)金屬的自我修復(fù)功能。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在國際知名期刊《Small》。

該團(tuán)隊(duì)基于摩方精密（BMF）超高精度光固化3D打印機(jī)nanoArch S140打印出中空的聚合物外框，壁厚100－300 μm。采用真空液體填充技術(shù)在聚合物薄殼中注入液態(tài)金屬鎵（Ga），首次制備了液態(tài)金屬－聚合物核殼結(jié)構(gòu)的微點(diǎn)陣力學(xué)超材料。該材料具有以下特點(diǎn)：

良好的斷裂韌性

圖液態(tài)金屬－高分子點(diǎn)陣力學(xué)超材料良好的斷裂韌性

良好的斷裂韌性。相比于實(shí)心或空心高分子點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，液態(tài)金屬－高分子點(diǎn)陣力學(xué)超材料避免了受壓過程中的脆斷失效現(xiàn)象。這是由于Ga的存在，阻礙了裂紋在高分子外殼中的擴(kuò)展，使得該結(jié)構(gòu)在裂紋出現(xiàn)后依然可以承受載荷。

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