香港城市大學研究人員開發出4D列印陶瓷

陶瓷首次採用陶瓷和聚合物特殊混合物製成的墨水進入4D列印領域。

對於某些材料，研究人員已經超越3D列印，轉向所謂的4D列印。在這個過程中，時間成為第四維度，當受到熱量、機械力或磁場等元素的影響時，對象可以隨時間變換自身。

現在，中國的科學家們開發了一種新型墨水，這種墨水首次將陶瓷帶入這個4D列印領域，為材料的新結構應用鋪平了道路——包括電子設備和航空航天。具體而言，香港城市大學的一個團隊使用聚合物和陶瓷納米粒子的混合物製作了一種陶瓷油墨，可以列印柔軟的陶瓷前體，並且可以拉伸超過其初始長度三倍的陶瓷前體。

該大學的機械工程系主任陸健（名字為音譯）教授表示，這種延展性可以使材料變成複雜的形狀，這種形狀以前不可能用於陶瓷，例如摺紙摺疊。「憑藉列印陶瓷前體的多功能形狀變形能力，其應用可能非常巨大。」他在城市大學的新聞發布會上說。

通常，陶瓷由於材料的極高熔化溫度而易於鑄造和成形，並且現有的3D列印陶瓷前體通常難以變形，這限制了具有複雜形狀的陶瓷的生產。通過盧和他的團隊的工作，陶瓷前體可以利用儲存在材料中的彈性能量自我重塑，當釋放時，彈性能量引起轉變。他說，用熱處理前體後，它們變成了陶瓷。研究人員在《科學進步》雜誌上發表了一篇工作的論文。

來自香港城市大學的Lu Jian教授和Liu Guo博士領導了一個研究團隊，該團隊開發了陶瓷4D列印，為電子和航空航天領域的新應用鋪平了道路。

由該方法得到的陶瓷來自彈性體，具有通常在其他陶瓷中不存在的堅固性。實際上，彈性體通常是柔性材料，已經顯示出4D列印的前景，具有良好的自轉變能力。此外，團隊列印的陶瓷可以比其他類似材料具有更大的尺寸和更大的強度，盧說，並補充說團隊必須克服許多挑戰來開發這個過程。

「整個過程聽起來很簡單，但事實並非如此，」他在城大發布會上解釋道。「從製作墨水到開發列印系統，我們嘗試了很多次和不同的方法。就像擠壓蛋糕上的結冰一樣，有很多因素可以影響結果，從奶油的類型和噴嘴的大小到擠壓的速度和力以及溫度。

盧和他的團隊為他們的研究設想了許多應用。一種用於電子設備，因為陶瓷材料具有比金屬材料更好的電磁信號傳輸能力。研究人員認為，陶瓷產品將在未來電子產品製造中發揮關鍵作用——特別是隨著5G網路的出現。

盧說，航空航天工業是另一個可以使用4D列印陶瓷材料的領域。「由於陶瓷是一種能夠承受高溫的機械堅固材料，因此4D列印陶瓷具有很高的潛力，可用作航空航天領域的推進部件。」他說。

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