據(jù)GizMag科技新聞網(wǎng)7月5日報(bào)道，選擇合適的材料用于相應(yīng)的目的往往是很棘手的問題，需要在妥協(xié)中獲得最優(yōu)匹配。阿聯(lián)酋馬斯達(dá)爾理工學(xué)院近期在材料定制化3D打印領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，或?qū)⒁鸩牧显O(shè)計(jì)與3D打印高性能材料的重大變革。
不同于以往創(chuàng)造全新材料的研究模式，馬斯達(dá)爾理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)通過改變已知的塑料、金屬、陶瓷、復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來獲得特定用途下的特定性能。徹底地調(diào)整材料結(jié)構(gòu)可使科學(xué)家以獨(dú)特的方式控制材料的機(jī)械性能、熱性能和電氣性能，甚至可以改變材料一些特定的性能趨勢。
例如，密度和強(qiáng)度是材料兩個(gè)緊密相關(guān)的性能。像金屬和合金等高強(qiáng)材料往往具有高密度，而泡沫和其他輕質(zhì)復(fù)合材料通常強(qiáng)度較低。然而，改變材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過構(gòu)造高強(qiáng)度中空結(jié)構(gòu)，可令材料同時(shí)獲得高強(qiáng)度和低密度。這與通過金屬支柱排列，使埃菲爾鐵塔獲得超高強(qiáng)結(jié)構(gòu)的原理相同，盡管鐵塔結(jié)構(gòu)中90%為空氣。
科學(xué)家們構(gòu)建了計(jì)算機(jī)模型，可為給定材料生成上萬個(gè)的幾何結(jié)構(gòu)排布，或稱為“材料結(jié)構(gòu)泡沫”。每個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可使材料具備不同的熱，電和機(jī)械性能。更重要的是，該模型可以定向到找到適合某個(gè)用途最優(yōu)性能的材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。
材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，無法通過常規(guī)的制造方法獲得。幸運(yùn)的是，科技的進(jìn)步使得能夠通過3D打印獲得特定的材料結(jié)構(gòu)，即使在某些情況下，材料的結(jié)構(gòu)尺度為納米級。
據(jù)研究人員介紹，通過3D打印將指定的性能引入材料之中，并將其制造出來，這種技術(shù)將顛覆未來的材料設(shè)計(jì)。
當(dāng)前，材料設(shè)計(jì)通常依據(jù)材料特有的化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的特性，而馬斯達(dá)爾理工學(xué)院的研究成果將直接著眼于目標(biāo)產(chǎn)品應(yīng)用材料所需的屬性，然后應(yīng)用新型設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)和內(nèi)部幾何構(gòu)型，以構(gòu)造所需的性能。
這項(xiàng)研究結(jié)合了材料計(jì)算技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，其計(jì)算模型可以預(yù)測通過3D打印獲得的納米復(fù)合材料的性能。該技術(shù)可用于從航空航天工業(yè)，制造輕質(zhì)高強(qiáng)納米工程材料；還可以利用其構(gòu)建多孔材料的優(yōu)勢，用于海水淡化或氣體過濾。
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