可控新材料:表面特性由你改变

2015-6-29 14:04| 发布者: 高华华| 查看: 657| 评论: 0|来自: 研发埠

摘要: MIT的一研究团队用3D打印技术开发出了一种可以制造软物质的材料,这种材料的表面结构可以光滑,坚硬,粗糙甚至可以有复杂的结构来引导流体的流动。
       (译者:金庸)
       MIT的研究人员制造出了一种受挤压就可以改变表面特性的材料。
       MIT的一研究团队用3D打印技术开发出了一种可以制造软物质的材料,这种材料的表面结构可以光滑,坚硬,粗糙甚至可以有复杂的结构来引导流体的流动。
 


       使用复杂的计算机模拟技术完成了整个过程的开发,包含了一种由两种不同硬度的聚合物合成的材料:较为坚硬的颗粒被一种较软的聚合物所包围。当材料受到挤压时候,材料表面由原先的光滑面转变成了具有内嵌硬颗粒的形状,当撤去受到的外力时候,材料恢复到原先的形状。
研究表明,该研究可以开发出一种新型的动态可控的,表面可以恢复的材料。该项研究发表在《先进功能材料》期刊上。是由MIT的研究生Mark Guttag和一位曾今是MIT机械工程系的教授,现在是哥伦比亚大学工程学院的院长Mary Boyce共同完成的。
Guttag说:“根据不同颗粒的排列,使用相同的压缩性能,可以得到不同的表面形貌,包括单向皱纹和褶皱等等。”目前,Guttag是继续之前的研究,该部分的研究将会是他的机械工程博士论文中的一部分。
 
       该动画展示了软纤维材料的嵌入式硬颗粒受压时,产生具有纹路的表面。(动画由Mark Guttag制作)


       Guttag说道:“该系统可以产生简单的,有规律的纹路或者褶皱,这可以用来改变物体表面的空气动力学阻力降或者表面的折射率。但也是可以通过重新改变表面硬颗粒的排列分布来产生复杂的表面结构,比如说产生微流体通道来控制化学反应或者生物学探测器内的流体运动。”
比方说,一个表面光滑,倾斜的设备可以让流体流过它的表面,但是可以额外的在表面上进行处理,产生凹凸不平的表面,从而切分流体的流动。
       材料表面特性对于应用是很重要的,包括用于伪装材料,疏水材料和吸水材料,控制流体的运动与湍动,限制生物质在类如船体表面上的生长等等。有很多方式来产生一些表面特性,类如固定的表面,有时候可能是减少拖拽的阻力或者是表面改性——一些可变结构的,不均一的材料可以有额外的用途。
       Guttag和Boyce在他们的论文中写道:“原先是没有一种可以制造相对弹性较好的材料的技术,这种技术可以动态调节材料表面的性能。”
       Guttag说道:“因为整个系统是由结构决定的——不同弹性程度的材料表面结构形状和间距排布导致不同的结构特性。根据这个原理,可以制造出各式各样的材料。”
       “在本文研究中使用物理压力来控制纹路和质地,同样,也可以用别的刺激源来对材料进行修饰和改性——比方说通过电荷或者改变温度和湿度。”Guttag补充说道。
       使用嵌入式颗粒可以拉长具有对称结构的表面而不让材料表面松散垮塌。比方说,这可以制造出一种在表面的一个方向上具有很高摩擦系数而在另一面上是很光滑的材料,这是一种被动方法控制物体在材料表面上运动。
       Guttag说:“最初开发该系统的方法是使用计算机仿真的方法,采用3D打印技术完成整个系统的设计。当表面结构完成之后,打印出来的软物质经紧密压缩后才与仿真中的结构才相匹配。”
       Yonggang Huang,西北大学的土木与环境工程及机械工程的教授说,“这是首次用表面可重结构的方式来合成材料。这项工作的潜在影响力是巨大的。可控表面在很多方面都有应用。比方说光学和摩擦学(运动中的界面相互作用科学)。”Huang把这项技术与3D打印技术的发展做了比较,“一旦这项技术得以发展,那么它的应用范围是巨大的。”
项目受到马斯达尔科学技术研究院和MIT的合作框架协议的资助。
       译自:http://newsoffice.mit.edu/2015/controllable-surface-textures-0611
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