Совершенно новые материалы, разработкой которых ученые начали заниматься совсем недавно - 4D-материалы. 4D-материалы - умные материалы, которые могут превратиться из твердого дерева в мягкое вещество, как губка, а также изменить форму.
Представьте себе умные материалы, которые могут превратиться из твердого дерева в что-то мягкое, как губка, а также изменить форму. Инженеры Rutgers University - New Brunswick создали гибкие, легкие материалы с 4D-печатью, которые могут обеспечить лучшее поглощение ударов, изменение формы крыльев самолета или дронов, мягкой робототехнике и крошечным имплантируемым биомедицинским устройствам.
Это исследование опубликовано в журнале Materials Horizons.
Credit: Chen Yang/Rutgers University-New Brunswick Source: https://worldofmaterials.ru/531-4d-pechatnye-materialy-mogut-byt-kak-zhestkimi-tak-i-myagkimi
3D-печать, также известная как аддитивное производство, превращает цифровые чертежи в физические объекты, создавая их слой за слоем. 4D-печать основана на этой технологии, но с одним большим отличием: она использует специальные материалы и сложные дизайны для печати объектов, которые меняют форму в зависимости от условий окружающей среды, таких как температура, выступающая в качестве триггера, сказал старший автор работы Ховон Ли, доцент кафедры Машиностроения и аэрокосмическая техника. Время – это четвертое измерение, которое позволяет материалам превращаться в новую форму.
"Мы считаем, что это беспрецедентное взаимодействие материаловедения, механики и 3D-печати откроет новый путь к широкому спектру увлекательных приложений, которые улучшат технологии, здоровье, безопасность и качество жизни», - сказал Ли.
Инженеры создали новый класс «метаматериалов» - материалов, созданных для того, чтобы иметь необычные и противоречивые свойства, которых нет в природе. Слово «метаматериалы» происходит от греческого слова «мета», что означает «выше» или «за его пределами».
Ранее форма и свойства метаматериалов были необратимыми после их изготовления. Но инженеры Rutgers могут настраивать свои пластмассовые материалы под действием тепла, поэтому они остаются твердыми при ударе или становятся мягкими, как губка, чтобы поглощать удары.
Жесткость можно регулировать более чем в 100 раз при температурах от комнатной температуры до 90 0С, что обеспечивает отличный контроль амортизации. Материалы могут быть изменены для самых разных целей. Они могут быть временно преобразованы в любую измененную форму и затем возвращены к их первоначальной форме при нагревании по требованию.
Это показывает, как умные материалы с 4D-печатью могут изменяться от жесткого состояния к мягкого, а также изменять форму.
Материалы могут использоваться в крыльях самолетов или беспилотников, которые меняют форму для улучшения характеристик, и в легких конструкциях, которые деформируются для космических запусков и преобразуются в космосе для более крупных конструкций, таких как солнечные панели.
Мягкие роботы, сделанные из мягких, гибких и прорезиненных материалов могут иметь переменную гибкость или жесткость, которые приспособлены к окружающей среде и задаче. По словам Ли, крошечные устройства, вставленные или имплантированные людям для диагностики или лечения, могут быть временно сделаны мягкими и гибкими для минимально инвазивного и менее болезненного введения в организм.
Источник: https://worldofmaterials.ru/531-4d-pechatnye-materialy-mogut-byt-kak-zhestkimi-tak-i-myagkimi