直徑1毫米，能提10公斤！我國(guó)科學(xué)家制備出“超級(jí)橡皮筋”
核心提示：你能想象一根橡皮筋能被拉伸到何種驚人的程度嗎？浙江大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)展現(xiàn)了令人驚嘆的成果。他們精心設(shè)計(jì)出一種獨(dú)特的新型光敏樹
你能想象一根橡皮筋能被拉伸到何種驚人的程度嗎？浙江大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)展現(xiàn)了令人驚嘆的成果。他們精心設(shè)計(jì)出一種獨(dú)特的新型光敏樹脂，借助 3D 打印技術(shù)，將這種直徑僅為 1 毫米的“超級(jí)橡皮筋”打造出來。它的神奇之處在于，能夠拉伸到自身長(zhǎng)度的整整 9 倍，而且還具備強(qiáng)大的力量，能夠提起高達(dá) 10 公斤的重物。即便承受著高達(dá) 94 兆帕的拉力，它依然堅(jiān)韌不繃斷。相關(guān)的成果在日前成功發(fā)表在了權(quán)威的《自然》雜志上。
研究人員對(duì)此深感自豪，他們表示，這項(xiàng)研究意義非凡，為 3D 打印技術(shù)突破以往材料的局限提供了可能，也為其大規(guī)模應(yīng)用于高性能產(chǎn)品的制造帶來了充滿希望的曙光。這一成果無疑為未來的科技發(fā)展開辟了新的道路，讓我們對(duì)材料科學(xué)和制造技術(shù)的前景充滿了期待。
超強(qiáng)負(fù)重能力如何實(shí)現(xiàn)？
該論文的第一作者、浙大杭州國(guó)際科創(chuàng)中心的方子正研究員詳細(xì)介紹了整個(gè)研發(fā)過程。團(tuán)隊(duì)在探索中，針對(duì)已有的光敏樹脂分子展開了深入的研究和創(chuàng)新。他們極具創(chuàng)意地在其中加入了動(dòng)態(tài)受阻脲鍵、聚氨酯鏈段以及羧基等關(guān)鍵成分。在打印前體材料的初始階段，這些新添加的成分仿佛處于一種“潛伏”的狀態(tài)，看似平靜卻蘊(yùn)含著巨大的潛力。
當(dāng)打印過程完成后，精心制作而成的成品會(huì)被小心地轉(zhuǎn)移到溫度設(shè)定為 90 攝氏度的特殊“烤箱”中。在這個(gè)相對(duì)高溫的環(huán)境里，經(jīng)過一段時(shí)間的靜置，奇妙的變化悄然發(fā)生。材料的分子結(jié)構(gòu)開始發(fā)生重組和演變，其性能也隨之發(fā)生了顯著的改變。這就如同一場(chǎng)神奇的化學(xué)反應(yīng)，在看似平靜的表象下，實(shí)則進(jìn)行著復(fù)雜而精妙的轉(zhuǎn)化。
為了充分驗(yàn)證這種新型材料的卓越性能，研究人員專門用這類新型樹脂打印出了一根“橡皮筋”，并緊接著對(duì)其展開了全面而嚴(yán)格的耐力測(cè)試。令人驚嘆的是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這根“橡皮筋”展現(xiàn)出了超乎想象的拉伸能力，它能夠輕松地被拉伸到自身長(zhǎng)度的整整 9 倍。更為驚人的是，在承受高達(dá) 94 兆帕的巨大拉力時(shí)，它依然能夠保持堅(jiān)韌，絲毫沒有繃斷的跡象。這充分證明了其出色的力學(xué)性能和強(qiáng)大的耐力。
不僅如此，研究人員并未滿足于此，他們繼續(xù)發(fā)揮創(chuàng)新精神，利用這種獨(dú)特的材料制備出了抗穿刺性能極佳的氣球等物件。在制備這些物件的過程中，研究人員需要精確地控制每一個(gè)環(huán)節(jié)，從材料的調(diào)配到打印工藝的優(yōu)化，再到后續(xù)的處理和測(cè)試，每一步都凝聚著他們的智慧和汗水。他們不斷嘗試、調(diào)整、改進(jìn)，力求將這種新型材料的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致。經(jīng)過無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)和探索，最終成功地制造出了這些具有特殊性能的物件。
一種神奇的光敏樹脂
區(qū)別于那種層層打印的傳統(tǒng)方式，光固化 3D 打印技術(shù)有著其獨(dú)特之處。它就如同沖印照片一般，通過紫外線激光對(duì)光敏樹脂進(jìn)行固化處理。在這個(gè)過程中，產(chǎn)品就仿佛經(jīng)過了一場(chǎng)神奇的“曝光”之旅，而后從打印材料中緩緩“顯影”出來。這種方式使得打印過程變得更加快速高效，也更加接近工業(yè)級(jí)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。
然而，光固化 3D 打印技術(shù)也并非完美無缺，其產(chǎn)品通常存在一個(gè)較為突出的問題，那就是比較脆，容易在受到外力作用時(shí)發(fā)生斷裂。這一特性導(dǎo)致它主要被應(yīng)用于打印模型等領(lǐng)域，而對(duì)于那些對(duì)機(jī)械性能有著較高要求的場(chǎng)景，往往就顯得有些力不從心了。
“若想要讓 3D 打印技術(shù)能夠適應(yīng)更為廣泛的場(chǎng)景，那么就必須要對(duì)材料性能進(jìn)行改變。”該論文的第一作者、浙大杭州國(guó)際科創(chuàng)中心的方子正研究員這樣介紹道。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)在打印階段首先將關(guān)注點(diǎn)聚焦在了材料的反應(yīng)活性和流動(dòng)性上，因?yàn)橹挥写_保了這些方面，才能滿足材料成型的基本要求。而在打印成型之后，他們還會(huì)進(jìn)行增韌處理，以進(jìn)一步提升材料的性能。
方子正進(jìn)一步解釋說，團(tuán)隊(duì)在已有的光敏樹脂分子中極具創(chuàng)意地加入了動(dòng)態(tài)受阻脲鍵、聚氨酯鏈段和羧基等成分。在打印前體材料的階段，這些新加入的成分就好似處于一種“潛伏”的狀態(tài)，它們安靜地存在著，等待著后續(xù)的變化。而當(dāng)打印成型完成后，精心制作而成的成品會(huì)被小心地轉(zhuǎn)移到溫度設(shè)定為 90 攝氏度的“烤箱”中。在這個(gè)相對(duì)高溫的環(huán)境中，經(jīng)過一段時(shí)間的靜置，神奇的事情發(fā)生了。
材料的分子結(jié)構(gòu)開始悄然地進(jìn)行著重組和演變，其性能也隨之發(fā)生了顯著的改變。就如同一場(chǎng)看不見的化學(xué)反應(yīng)在持續(xù)進(jìn)行，原本看似普通的材料逐漸煥發(fā)出新的活力和特性。這種變化并非一蹴而就，而是在時(shí)間的推移和溫度的作用下，一點(diǎn)一點(diǎn)地積累和顯現(xiàn)出來。研究團(tuán)隊(duì)需要通過不斷地實(shí)驗(yàn)和調(diào)整，才能找到最適宜的條件和參數(shù)，以確保材料能夠達(dá)到他們所期望的性能提升。他們?cè)谶@個(gè)過程中付出了大量的心血和努力，不斷探索著材料的奧秘，力求為 3D 打印技術(shù)開拓出更為廣闊的應(yīng)用空間。
高強(qiáng)度和韌性的可擴(kuò)展性
吳晶軍鄭重地表示，這種光敏樹脂材料所展現(xiàn)出的強(qiáng)度和韌性，達(dá)到了令人驚嘆的程度，其表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道以及商業(yè)化產(chǎn)品中那些同類材料。這一成果的意義是極為重大且深遠(yuǎn)的。
當(dāng)我們深入探究這種光敏樹脂材料時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度方面的卓越性能。它能夠承受巨大的壓力和外力而不輕易變形或損壞，仿佛擁有著堅(jiān)韌不屈的鋼鐵意志。這種高強(qiáng)度使得它在各種復(fù)雜環(huán)境和嚴(yán)苛條件下都能保持穩(wěn)定，為其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而在韌性方面，它更是展現(xiàn)出了非凡的特質(zhì)。它能夠靈活地應(yīng)對(duì)各種拉伸、扭曲和沖擊，如同一位具備高超柔韌性的運(yùn)動(dòng)員，在各種挑戰(zhàn)面前都能從容應(yīng)對(duì)，不會(huì)輕易折斷或破裂。
與現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道相比，這種光敏樹脂材料的優(yōu)勢(shì)一目了然。以往的研究成果或許在某些方面有所突破，但在強(qiáng)度和韌性的綜合表現(xiàn)上，卻難以與此次的成果相媲美。它就像是一顆璀璨的明星，在材料科學(xué)的天空中閃耀著獨(dú)特的光芒。而與商業(yè)化產(chǎn)品中的同類材料相比，它更是展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。那些傳統(tǒng)的材料在面對(duì)一些高性能要求的場(chǎng)景時(shí)，往往會(huì)暴露出各種局限性，而這種新型光敏樹脂材料則以其卓越的性能打破了這些局限，為行業(yè)的發(fā)展帶來了新的希望和可能性。
這項(xiàng)令人矚目的研究進(jìn)展，對(duì)于 3D 打印技術(shù)來說，無疑是具有里程碑意義的。它為 3D 打印技術(shù)突破長(zhǎng)久以來的材料局限開辟了新的道路。一直以來，材料的性能限制了 3D 打印技術(shù)在某些高性能產(chǎn)品制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，而現(xiàn)在，這種新型光敏樹脂材料的出現(xiàn)，仿佛為其打開了一扇通往廣闊天地的大門。它讓我們看到了 3D 打印技術(shù)在制造高性能產(chǎn)品方面的巨大潛力和可能性。
隨著這一研究成果的不斷深入和推廣，我們可以想象在未來，將會(huì)有更多的高性能產(chǎn)品通過 3D 打印技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。無論是在航空航天領(lǐng)域，需要制造高強(qiáng)度、輕量化的零部件；還是在醫(yī)療領(lǐng)域，需要定制個(gè)性化且具有良好性能的醫(yī)療器械；亦或是在其他眾多對(duì)材料性能要求極高的行業(yè)，這種新型光敏樹脂材料都將發(fā)揮重要的作用。它為我們帶來了曙光，讓我們對(duì)未來充滿了期待。我們相信，在科學(xué)家們的不斷努力下，這種材料的性能還將不斷提升，為人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步貢獻(xiàn)更大的力量。
原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_552329.html
來源：賢集網(wǎng)
著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
研究人員對(duì)此深感自豪，他們表示，這項(xiàng)研究意義非凡，為 3D 打印技術(shù)突破以往材料的局限提供了可能，也為其大規(guī)模應(yīng)用于高性能產(chǎn)品的制造帶來了充滿希望的曙光。這一成果無疑為未來的科技發(fā)展開辟了新的道路，讓我們對(duì)材料科學(xué)和制造技術(shù)的前景充滿了期待。
超強(qiáng)負(fù)重能力如何實(shí)現(xiàn)？
該論文的第一作者、浙大杭州國(guó)際科創(chuàng)中心的方子正研究員詳細(xì)介紹了整個(gè)研發(fā)過程。團(tuán)隊(duì)在探索中，針對(duì)已有的光敏樹脂分子展開了深入的研究和創(chuàng)新。他們極具創(chuàng)意地在其中加入了動(dòng)態(tài)受阻脲鍵、聚氨酯鏈段以及羧基等關(guān)鍵成分。在打印前體材料的初始階段，這些新添加的成分仿佛處于一種“潛伏”的狀態(tài)，看似平靜卻蘊(yùn)含著巨大的潛力。
當(dāng)打印過程完成后，精心制作而成的成品會(huì)被小心地轉(zhuǎn)移到溫度設(shè)定為 90 攝氏度的特殊“烤箱”中。在這個(gè)相對(duì)高溫的環(huán)境里，經(jīng)過一段時(shí)間的靜置，奇妙的變化悄然發(fā)生。材料的分子結(jié)構(gòu)開始發(fā)生重組和演變，其性能也隨之發(fā)生了顯著的改變。這就如同一場(chǎng)神奇的化學(xué)反應(yīng)，在看似平靜的表象下，實(shí)則進(jìn)行著復(fù)雜而精妙的轉(zhuǎn)化。
為了充分驗(yàn)證這種新型材料的卓越性能，研究人員專門用這類新型樹脂打印出了一根“橡皮筋”，并緊接著對(duì)其展開了全面而嚴(yán)格的耐力測(cè)試。令人驚嘆的是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這根“橡皮筋”展現(xiàn)出了超乎想象的拉伸能力，它能夠輕松地被拉伸到自身長(zhǎng)度的整整 9 倍。更為驚人的是，在承受高達(dá) 94 兆帕的巨大拉力時(shí)，它依然能夠保持堅(jiān)韌，絲毫沒有繃斷的跡象。這充分證明了其出色的力學(xué)性能和強(qiáng)大的耐力。
不僅如此，研究人員并未滿足于此，他們繼續(xù)發(fā)揮創(chuàng)新精神，利用這種獨(dú)特的材料制備出了抗穿刺性能極佳的氣球等物件。在制備這些物件的過程中，研究人員需要精確地控制每一個(gè)環(huán)節(jié)，從材料的調(diào)配到打印工藝的優(yōu)化，再到后續(xù)的處理和測(cè)試，每一步都凝聚著他們的智慧和汗水。他們不斷嘗試、調(diào)整、改進(jìn)，力求將這種新型材料的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致。經(jīng)過無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)和探索，最終成功地制造出了這些具有特殊性能的物件。
一種神奇的光敏樹脂
區(qū)別于那種層層打印的傳統(tǒng)方式，光固化 3D 打印技術(shù)有著其獨(dú)特之處。它就如同沖印照片一般，通過紫外線激光對(duì)光敏樹脂進(jìn)行固化處理。在這個(gè)過程中，產(chǎn)品就仿佛經(jīng)過了一場(chǎng)神奇的“曝光”之旅，而后從打印材料中緩緩“顯影”出來。這種方式使得打印過程變得更加快速高效，也更加接近工業(yè)級(jí)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。
然而，光固化 3D 打印技術(shù)也并非完美無缺，其產(chǎn)品通常存在一個(gè)較為突出的問題，那就是比較脆，容易在受到外力作用時(shí)發(fā)生斷裂。這一特性導(dǎo)致它主要被應(yīng)用于打印模型等領(lǐng)域，而對(duì)于那些對(duì)機(jī)械性能有著較高要求的場(chǎng)景，往往就顯得有些力不從心了。
“若想要讓 3D 打印技術(shù)能夠適應(yīng)更為廣泛的場(chǎng)景，那么就必須要對(duì)材料性能進(jìn)行改變。”該論文的第一作者、浙大杭州國(guó)際科創(chuàng)中心的方子正研究員這樣介紹道。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)在打印階段首先將關(guān)注點(diǎn)聚焦在了材料的反應(yīng)活性和流動(dòng)性上，因?yàn)橹挥写_保了這些方面，才能滿足材料成型的基本要求。而在打印成型之后，他們還會(huì)進(jìn)行增韌處理，以進(jìn)一步提升材料的性能。
方子正進(jìn)一步解釋說，團(tuán)隊(duì)在已有的光敏樹脂分子中極具創(chuàng)意地加入了動(dòng)態(tài)受阻脲鍵、聚氨酯鏈段和羧基等成分。在打印前體材料的階段，這些新加入的成分就好似處于一種“潛伏”的狀態(tài)，它們安靜地存在著，等待著后續(xù)的變化。而當(dāng)打印成型完成后，精心制作而成的成品會(huì)被小心地轉(zhuǎn)移到溫度設(shè)定為 90 攝氏度的“烤箱”中。在這個(gè)相對(duì)高溫的環(huán)境中，經(jīng)過一段時(shí)間的靜置，神奇的事情發(fā)生了。
材料的分子結(jié)構(gòu)開始悄然地進(jìn)行著重組和演變，其性能也隨之發(fā)生了顯著的改變。就如同一場(chǎng)看不見的化學(xué)反應(yīng)在持續(xù)進(jìn)行，原本看似普通的材料逐漸煥發(fā)出新的活力和特性。這種變化并非一蹴而就，而是在時(shí)間的推移和溫度的作用下，一點(diǎn)一點(diǎn)地積累和顯現(xiàn)出來。研究團(tuán)隊(duì)需要通過不斷地實(shí)驗(yàn)和調(diào)整，才能找到最適宜的條件和參數(shù)，以確保材料能夠達(dá)到他們所期望的性能提升。他們?cè)谶@個(gè)過程中付出了大量的心血和努力，不斷探索著材料的奧秘，力求為 3D 打印技術(shù)開拓出更為廣闊的應(yīng)用空間。
高強(qiáng)度和韌性的可擴(kuò)展性
吳晶軍鄭重地表示，這種光敏樹脂材料所展現(xiàn)出的強(qiáng)度和韌性，達(dá)到了令人驚嘆的程度，其表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道以及商業(yè)化產(chǎn)品中那些同類材料。這一成果的意義是極為重大且深遠(yuǎn)的。
當(dāng)我們深入探究這種光敏樹脂材料時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度方面的卓越性能。它能夠承受巨大的壓力和外力而不輕易變形或損壞，仿佛擁有著堅(jiān)韌不屈的鋼鐵意志。這種高強(qiáng)度使得它在各種復(fù)雜環(huán)境和嚴(yán)苛條件下都能保持穩(wěn)定，為其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而在韌性方面，它更是展現(xiàn)出了非凡的特質(zhì)。它能夠靈活地應(yīng)對(duì)各種拉伸、扭曲和沖擊，如同一位具備高超柔韌性的運(yùn)動(dòng)員，在各種挑戰(zhàn)面前都能從容應(yīng)對(duì)，不會(huì)輕易折斷或破裂。
與現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道相比，這種光敏樹脂材料的優(yōu)勢(shì)一目了然。以往的研究成果或許在某些方面有所突破，但在強(qiáng)度和韌性的綜合表現(xiàn)上，卻難以與此次的成果相媲美。它就像是一顆璀璨的明星，在材料科學(xué)的天空中閃耀著獨(dú)特的光芒。而與商業(yè)化產(chǎn)品中的同類材料相比，它更是展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。那些傳統(tǒng)的材料在面對(duì)一些高性能要求的場(chǎng)景時(shí)，往往會(huì)暴露出各種局限性，而這種新型光敏樹脂材料則以其卓越的性能打破了這些局限，為行業(yè)的發(fā)展帶來了新的希望和可能性。
這項(xiàng)令人矚目的研究進(jìn)展，對(duì)于 3D 打印技術(shù)來說，無疑是具有里程碑意義的。它為 3D 打印技術(shù)突破長(zhǎng)久以來的材料局限開辟了新的道路。一直以來，材料的性能限制了 3D 打印技術(shù)在某些高性能產(chǎn)品制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，而現(xiàn)在，這種新型光敏樹脂材料的出現(xiàn)，仿佛為其打開了一扇通往廣闊天地的大門。它讓我們看到了 3D 打印技術(shù)在制造高性能產(chǎn)品方面的巨大潛力和可能性。
隨著這一研究成果的不斷深入和推廣，我們可以想象在未來，將會(huì)有更多的高性能產(chǎn)品通過 3D 打印技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。無論是在航空航天領(lǐng)域，需要制造高強(qiáng)度、輕量化的零部件；還是在醫(yī)療領(lǐng)域，需要定制個(gè)性化且具有良好性能的醫(yī)療器械；亦或是在其他眾多對(duì)材料性能要求極高的行業(yè)，這種新型光敏樹脂材料都將發(fā)揮重要的作用。它為我們帶來了曙光，讓我們對(duì)未來充滿了期待。我們相信，在科學(xué)家們的不斷努力下，這種材料的性能還將不斷提升，為人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步貢獻(xiàn)更大的力量。
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