3D打印的納米復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)樣品。圖片來(lái)源：Masoud Kasraie

顆粒在線訊：美國(guó)密歇根理工大學(xué)的機(jī)械工程研究人員發(fā)明了利用碳納米管制作3D打印納米復(fù)合聚合物墨水的方法。碳納米管以其高拉伸強(qiáng)度和輕度聞名，這種革命性的墨水可以取代環(huán)氧樹(shù)脂。

3D打印也被稱為增材制造，比鑄造更加通用和高效。它可以在復(fù)雜的幾何形狀中精確添加一種材料，大大減少多余的切割。添加低維納米材料，如碳納米管、石墨烯、金屬納米粒子和量子點(diǎn)，可以使3D打印材料適應(yīng)外部刺激，具有電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率、磁性和電化學(xué)存儲(chǔ)等特性。

使用塑料、金屬或其他材料的3D打印并不新鮮。這項(xiàng)研究的不同之處是使用聚合物納米復(fù)合材料（由環(huán)氧樹(shù)脂、碳納米管和納米黏土制成）和不犧牲功能的打印過(guò)程。在聚合物納米復(fù)合墨水中，材料類型與形態(tài)（尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)）的結(jié)合就是形式與功能的最終結(jié)合。

研究材料、力學(xué)和醫(yī)學(xué)界面的工程師Parisa Pour Shahid Saeed Abadi和研究生Masoud kasrae最近在《增材制造》雜志發(fā)表了一篇文章，探討聚合物墨水的工藝、形態(tài)和性能。

作者表示，因?yàn)橛性S多功能，這種材料超越了納米復(fù)合墨水的科學(xué)范疇，有著廣闊前景。3D打印的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是幾乎可以完全控制最終產(chǎn)品的形狀。

新納米材料墨水的導(dǎo)電性使打印的環(huán)氧樹(shù)脂有可能同時(shí)化身為電線——無(wú)論是在電路板、飛機(jī)機(jī)翼，還是在用于引導(dǎo)血管導(dǎo)管的3D打印驅(qū)動(dòng)器上。納米復(fù)合聚合物墨水的另一個(gè)有用特性是它的輕度?！芭c鋼和鋁相比，我們發(fā)現(xiàn)相同強(qiáng)度的環(huán)氧復(fù)合材料可以減少80%的重量?！眐asrae說(shuō)。

此外，在醫(yī)療領(lǐng)域、航空航天和電子行業(yè)，缺陷和損壞可能帶來(lái)大麻煩，納米復(fù)合材料則可以發(fā)揮安全功能?！爱?dāng)某樣?xùn)|西斷裂時(shí)，一條微小的裂縫可能從一個(gè)微小的缺陷開(kāi)始，一直發(fā)展到破壞整個(gè)結(jié)構(gòu)?！盇badi說(shuō)，“納米復(fù)合材料可以在這些裂縫中架起橋梁，而不會(huì)讓其擴(kuò)大。這是碳納米管提高材料機(jī)械強(qiáng)度的機(jī)制之一。”

未來(lái)，聚合物納米復(fù)合墨水有望取代傳統(tǒng)環(huán)氧樹(shù)脂。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102098