香港城市大學呂堅：2D/3D/4D打印雙相納米金屬與納米陶瓷復合材料(2)
時間：2019-10-21 13:28 來源：南極熊 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
通過這個研究我們發(fā)展出了新的金屬家族，超納材料，這個材料我把它叫二維，我通過PVD來實現(xiàn)的，最后實現(xiàn)什么材料？藍色的部分就是六個納米左右的納米晶，黃色的部分是非晶材料，這種材料變形的時候不產生我們常見的位錯，因此它的變形能力和強度非常高，大家一看跟普通的鎂合金，黑線鎂合金，藍線金屬玻璃已經(jīng)提高了三四倍，加上超納材料，性能大幅度提高，結構是這樣，多向雙向的材料，也是新的材料的架構，因此它在07年被自然雜志作為封面雜志的工作來做，這個和增材制造有什么關系和材料有什么關系？我們首先用PVD來實現(xiàn)的，實現(xiàn)的時候產生一個相分離，中間是六個納米左右的材料，金屬晶體材料，外面是一套非晶材料，這個材料我們現(xiàn)在做很大的增材制造，我們可以現(xiàn)在做到手機，今年年內可以做到計算機的laptop結構，我們在增強生物假肢里面可以用。
大家知道鎂合金或者鎂是非常好的生物相容的，可降解的材料，最大缺陷第一是抗腐蝕能力不行，第二是力學性能比較差。加上我們這個以后，我們可以做各種可降解的骨板，我們跟香港中文大學秦嶺教授合作，這是有重大應用的，現(xiàn)在隨著老齡化，老年人的斷裂越來越多，每三秒鐘有一個胯骨斷裂，做手術的時候，現(xiàn)在一般都是鈦合金和不銹鋼的結構，這兩個如果用骨板和其他的固定件，還要再做二次手術把它拿出來，所以鈦合金，鎂合金現(xiàn)在是可行的方案，鎂合金現(xiàn)在的力學性能暫時達不到這個，鎂合金的骨板加上我們現(xiàn)在這種材料，鎂合金的復雜形狀再加上我們這種材料，可以大幅度提高抗腐蝕能力，第二是大幅度提高它的強度，特別是在骨頭恢復的前一個周期里面可以大幅度提高，這樣有足夠的強度，這個工作正在做大動物實驗，小動物實驗比較成功，鎂是對人體非常好的金屬材料，加上三維的3D打印結構，加上我們二維的涂層，我們這個方法可以涂在各種復雜的幾何形狀上。
第二個要介紹的工作是3D/4D打印納米陶瓷，這個工作具備唯一性、顛覆性和最佳性，三個比較重要的元素來創(chuàng)新。這個工作去年發(fā)表在《科學進展》上，引起了全球媒體的關注，包括人民日報頭版和參考消息，還有美聯(lián)社等等，全球電視媒體和網(wǎng)站媒體都廣泛地報道了這個工作，雖然這個雜志不是最好的雜志。
我們怎么做的？我們最主要是發(fā)展一種新型的墨水，這個墨水具有很好的彈性，如果我把它三維結構打印在一個具有彈性的基體上，在有彈性的機體上加上不同的預應變，出來的形狀是非常復雜的3D打印做不出來的。第二個優(yōu)勢，通過這種方法可以燒結出力學性能超強的大塊的陶瓷，這個是我們整體的工作。
最主要的我們發(fā)明創(chuàng)造了一個高分子加納米陶瓷粉的復合材料，它的抗拉性能非常好，第一是為我們未來燒結以后的陶瓷的性能得出了一個很好的結果，第二是由于它的變形能力非常強，所以我們可以做非常復雜的前驅體，第三，這個本身就可以作為柔性機器人的軟體部分，如果把柔性部分保留，局部變成陶瓷，它就可以變成軟硬結合的結構，這個結構將是未來用的比較多的結構。
經(jīng)過前驅體燒結得出來的，雖然沒有到超納，晶粒少于十個納米，這個二三十個納米，外圍包裹了燒結以后的非晶陶瓷，雙相陶瓷，還有一部分是微孔，這種結構第一在力學性能上大幅度提高它的變形能力。第二，我們正在做的有可能成為催化的結構，因為它有很多的納米孔。4D打印陶瓷最主要的我設計前驅體的時候，設計一些可以旋轉的連接點，這些連接點是未來我們可以產生變形，產生復雜形狀的陶瓷，這個打印在一個基體上，這個基體加了預應變，加了不同的預應變，我產生出來的旋轉就不同。我在這個加了變形的基體上再打印，打印完應變松馳，兩個加的應變不一樣，出來的陶瓷結構不一樣。
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