作者:冯维维 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/10/26 13:03:52
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遇热收缩材料可耐极端温度

当温度升高时,3D打印的矩阵模型会收缩。 图片来源:Qiming Wang et al

来看看这个令人难以置信的材料!大多数东西受热后会膨胀,因此成为工程领域的“头痛”,但一种3D打印材料的配置性能却正好相反。

当两个相互连接的材料以不同速率扩张时,它们会弯曲或断开。这是建筑、桥梁、电子以及其他接触温度波动较宽的物质存在的问题。因此,让一种材料遇热后收缩而非膨胀是个极为有价值的目标。

现在,美国加州大学洛杉矶分校的Qiming Wang和同事已经做到了这一点。他们利用3D打印机,对两种在高温下自然扩张的材料进行控制,实现了相反的特性。

其技巧是将它们以较宽松的矩阵排列,并将伸展速度更快的材料置于伸展速度较慢的材料内部。当这种复合材料受热之后,内部的材料会仅向内扩张,并同时向内拉动外部的材料。然后,整个物体都收缩了。

这种设计可以用于任意两种材料,对它们进行调节使其以所需要的比例扩张或缩小,加州大学洛杉矶分校的Jonathan Hopkins说。例如,补牙时会非常敏感,因为当人们食用或饮用热食物时,材料的扩张程度与牙齿不同。Wang表示,让材料扩张程度与牙齿的自然变化向匹配将会消除这个问题。

在温度变化时,该材料还可以通过设计保持同样大小。这一效用有助建造稳定的微型芯片,目前微型芯片在运行时间过长时会断裂;还可以制作更加稳定的卫星,当其在太阳辐射热量下运行时会发生颤动。

另一个潜在用途是让太阳能更加高效,Hopkins说。如果你将太阳能板置于一系列由伸缩材料制成的柱子上,太阳将会让每根柱子的一面变热,另一面保持较低温。朝着太阳的一面将会收缩,导致柱子弯向太阳。

“你不需要利用从太阳那里获得的能量使其转向太阳。”Hopkins说,“你可能利用太阳的热量,像向日葵那样被动地跟踪太阳。”(冯维维)

 
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