「前沿技术」3D打印压电超材料有望用于下一代智能基础设施

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美国弗吉尼亚理工大学的研究人员采用3D打印技术制造出一种压电常数可调的压电超材料,有望用于下一代智能基础设施。

压电材料通常为晶体和陶瓷,复杂的加工工艺和材料固有脆性限制了其广泛应用。研究人员先采用γ甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(TMSPM)对锆钛酸铅(PZT)纳米颗粒进行表面功能化,并将其分散在光敏聚合物单体中制成均匀的高浓度胶体墨水(纳米颗粒的体积分数高达50%);再利用高分辨率数字3D打印技术,经近紫外光固化打印出聚合物-锆钛酸铅纳米复合材料(主动压电超材料)。研究发现:纳米颗粒和光敏聚合物单体之间强的共价键产生空间位阻,改善了胶体墨水中高浓度纳米颗粒的分散情况;与传统压电材料中压电响应行为由晶体结构决定不同,这种主动压电超材料可根据不同的设计需求,在特定应力下选择性放大、抑制或反转压电响应行为,其比压电常数是典型压电材料(聚偏二氟乙烯等压电聚合物和压电复合材料)的三倍以上。

图 压电效应

这种新型压电材料可用于冲击、振动和运动等的监控,将促进机器人技术、能量收集、触觉传感和智能基础设施领域的发展。

(蓝海星)

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