在柔性電子材料的世界里,你可以任意彎曲你的手機屏幕,一些高校的研究人員和電子器件公司正在這一研究領域積極研發,利用3D打印技術就可以生產低成本、堅固耐用、輕量化和便攜式的柔性電子器件。也就是說,柔性手機問世的日子不遠了!
薄膜技術的進步使得一小部分的柔性器件得以生產,比如可彎曲晶體管和可伸縮電路,這些技術的進步使得制造電子產品更加容易。然而,沒有柔性材料進行組合,就不可能制造出一個完整的柔性器件。
南加州大學維特比工學院的助理教授Qiming Wang利用他的新型3D打印技術,可以制備出柔性材料。在9月下旬,Scientific Reports上詳細地報道了他的這一發明。
作為南加州大學Sonny Astani土木和環境工程學院的一員,Qiming Wang說道:“塑料3D打印是傳統打印方式,大部分3D打印機都可以打印出這些結構。但是,復雜幾何形狀的柔性材料的3D打印技術,這還是首次實現。”
Qiming Wang使用了被人們稱為彈性體的典型橡膠材料,成功地制備出了一種三維晶格材料,它具有難以置信的拉伸能力和沖擊吸收性能。他認為該材料具有廣泛的應用領域,包括機器人、關節康復和緩沖材料,當然還有柔性電子器件。
傳統的3D打印通常是用具有剛性塑料結構的聚乳酸或者ABS塑料作為原材料,在打印時,是通過一次打印薄薄的一層,不斷累加而成。但是更改一下原材料,選擇類橡膠材料推動了3D打印機的發展。但是這種材料沒有較高的柔韌性,也不能建立打印軌跡。此外,利用柔性材料構建高度復雜的三維晶格也是極富挑戰性的。
Qiming Wang已經通過一種新的工藝解決了這一問題。首先打印出塑料支架,然后在空心渠道中填充液體彈性體,而不是固體梁。在室溫放置幾個小時,待液體完全凝固之后,溶掉水溶性的塑料,剩下的就是獨立的3D打印成品了。
和其他材料相比,Qiming Wang發現的這種材料可伸長近兩倍,在機器人等領域中出于低成本的目的,研究人員都開始將目光轉向3D打印,但由于缺乏適合的材料,導致設計受限。Qiming Wang的這一新突破有望彌補這一短板。
Qiming Wang說道:“在機器人的結構中有很多的‘關節’,所以你需要很多的柔性材料來完成旋轉或者彎曲等動作,我們希望3D打印柔性材料可以做到這一點,這樣可以彌補剛性結構材料的缺點,實現大角度的旋轉、彎曲和拉伸。”
這種新材料也具有極好的沖擊吸收能力,在沖擊載荷測試實驗中,表現優于常規彈性體泡沫。此外,這種材料還可以自定義剛度,從而替代現有的支撐材料,運用在關節康復中。
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