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智能材料:什么是智能材料以及如何使用智能材料?

介绍

我们从使用4D打印的新实验中听到的越来越多。4D打印技术使用的是与3D打印相同的打印过程,这两种制造技术的区别在于材料:我们所说的智能材料的使用允许创建4D打印对象。如果3D打印已经完全改变了工业世界,4D打印也可能是一场革命。事实上,这个过程可以创建比静态结构更多的结构。

让我们来谈谈这些智能材料。当我们谈论智能材料时,我们在谈论什么?他们的反应如何?我们如何使用它们?在我们的博客文章中发现所有你需要知道的!

什么是智能材料?

智能材料的定义

智能材料是对外部刺激作出反应的材料,具有一种或多种特性。我们也可以称之为响应材料。这些物体可以通过热水、压力、化学物质、光或热改变形状或行为。

3D打印和4D打印流程的区别。图表由Jean-Claude André | INSIS科学顾问绘制

3D打印和4D打印流程的区别。图表由Jean-Claude André | INSIS科学顾问绘制

这些智能材料甚至可以在你触摸它们时自行组装。当对这样的物体施加刺激时,当这些材料对其外部环境发生反应时,就有可能转变成一个全新的形状。

灵感来源于自然的材料:纤维素的潜力

布里斯托尔大学和巴斯大学的研究人员正在研究生物灵感物体。例如,他们受到了松果在水中的行为的启发。事实上,被水淹没后,松果会改变形状并缩回。

在这个实验中,研究人员使用了纤维素。纤维素是一种吸收性很强的材料,也是地球上含量最丰富的有机聚合物。他们决定使用这种能像松果一样闭合的材料,当与水接触时,创造一种墨水,结合水凝胶、粘土颗粒和纤维素纸浆。这个实验创造了一种智能材料,能够对刺激做出反应。

https://3dprintingindustry.com/news/uk-research-collaborative-uncovers-4d-printed-potential-of-cellulose-139735/ https://3dprintingindustry.com/news/uk-research-collaborative-uncovers-4d-printed-potential-of-cellulose-139735/

对研究人员来说,从大自然中获得灵感并不是一种新方法。它实际上被称为仿生学。这一过程有助于我们开发新材料,带来新的生产可能性。我们可以观察大自然,从中学习,并利用它为我们造福。有关仿生,请毫不犹豫地查看我们关于它的最后一篇博文!

形状记忆聚合物

A.形状记忆聚合物是一种智能材料,能在环境刺激下产生很大的弹性变形。为了改变它的形状和发展它的弹性,材料必须暴露在热,光,电,潮湿,例如。

以下是显示形状记忆聚合物的视频:

这些形状记忆聚合物是用投影显微立体光刻技术制成的。

智能材料在4D打印中的应用?

医疗用途

3D打印实际上帮助了医疗行业生物打印技术的发展也有帮助。4D打印对医疗保健有什么作用?形状记忆聚合物可以插入体内,并对身体的变化和刺激作出反应。事实上,它可以制造出全新的抗生素,比如对体温变化做出反应。

改进能源设备

形状记忆材料的一个可能用途是太阳能电池板,它将作为探测太阳的传感器。这样,太阳能电池板完全可以自动朝着正确的方向旋转。结合机器人技术,它可以创造出完全优化的太阳能电池板,以获得最大的太阳能。

智能建筑材料

将传统建筑材料与智能材料相结合实际上是一个很好的解决方案,可以让建筑能够生长、自我修复或快速适应环境。这正是美国国防部高级研究计划局的工程活性材料(ELM)正在关注:使用活体生物材料进行建筑和施工!

航空和汽车

空中客车公司(Airbus SAS)开始使用一种与4d相关的“智能”材料,这种材料会对温度做出反应,从而冷却喷气发动机,而机翼则会根据空气动力学条件变形,以减少空气阻力。让设备自动适应外部条件可能是许多不同行业的主要资产。

我们希望这篇博文能帮助您更好地了解智能材料、4D打印以及这项技术在未来的应用。显然,还有很多改进要做,但是研究人员似乎对它很感兴趣,而且第一次实验和智能材料的开发真的很有希望!

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