來看看這個令人難以置信的材料!大多數東西受熱后會膨脹,因此成為工程領域的“頭痛”,但一種3D打印材料的配置性能卻正好相反。
當兩個相互連接的材料以不同速率擴張時,它們會彎曲或斷開。這是建筑、橋梁、電子以及其他接觸溫度波動較寬的物質存在的問題。因此,讓一種材料遇熱后收縮而非膨脹是個極為有價值的目標。
現在,美國加州大學洛杉磯分校的Qiming Wang和同事已經做到了這一點。他們利用3D打印機,對兩種在高溫下自然擴張的材料進行控制,實現了相反的特性。
其技巧是將它們以較寬松的矩陣排列,并將伸展速度更快的材料置于伸展速度較慢的材料內部。當這種復合材料受熱之后,內部的材料會僅向內擴張,并同時向內拉動外部的材料。然后,整個物體都收縮了。
這種設計可以用于任意兩種材料,對它們進行調節使其以所需要的比例擴張或縮小,加州大學洛杉磯分校的Jonathan Hopkins說。例如,補牙時會非常敏感,因為當人們食用或飲用熱食物時,材料的擴張程度與牙齒不同。Wang表示,讓材料擴張程度與牙齒的自然變化向匹配將會消除這個問題。
在溫度變化時,該材料還可以通過設計保持同樣大小。這一效用有助建造穩定的微型芯片,目前微型芯片在運行時間過長時會斷裂;還可以制作更加穩定的衛星,當其在太陽輻射熱量下運行時會發生顫動。
另一個潛在用途是讓太陽能更加高效,Hopkins說。如果你將太陽能板置于一系列由伸縮材料制成的柱子上,太陽將會讓每根柱子的一面變熱,另一面保持較低溫。朝著太陽的一面將會收縮,導致柱子彎向太陽。
“你不需要利用從太陽那里獲得的能量使其轉向太陽。”Hopkins說,“你可能利用太陽的熱量,像向日葵那樣被動地跟蹤太陽。”(馮維維)
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