一種新的 3D 可打印聚合物納米復(fù)合墨水具有令人難以置信的特性，并且在航空航天、醫(yī)學(xué)和電子領(lǐng)域有許多應(yīng)用。

密歇根理工大學(xué)的機(jī)械工程研究人員創(chuàng)造了一種使用碳納米管 (CNT) 制造 3D 可打印納米復(fù)合聚合物油墨的方法，該油墨以其高抗拉強(qiáng)度和重量輕而聞名。這種革命性的墨水可以取代環(huán)氧樹脂——了解其性能為何如此出色是邁向大規(guī)模使用的第一步。

3D打印，也稱為增材制造，比鑄造更通用、更高效。它添加了一種精確的材料，通常是復(fù)雜的幾何形狀，要切除的多余材料要少得多。添加碳納米管、石墨烯、金屬納米顆粒和量子點(diǎn)等低維納米材料，使 3D 打印材料能夠適應(yīng)外部刺激，賦予它們諸如電導(dǎo)和熱導(dǎo)、磁性和電化學(xué)存儲(chǔ)等特性。

但是使用塑料、金屬或其他東西的 3D 打印并不新鮮。技術(shù)研究人員所做的不同之處在于使用聚合物納米復(fù)合材料（由環(huán)氧樹脂、碳納米管和納米粘土制成）和不犧牲功能的印刷工藝。聚合物納米復(fù)合油墨中材料類型和形態(tài)（尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)）的結(jié)合是形式滿足功能的終極目標(biāo)。

研究人員指出，在研究人員使用聚合物墨水沖刺參加比賽之前，他們必須首先學(xué)會(huì)走路。第一步是深入研究宏觀尺度（我們的眼睛如何看待材料表現(xiàn)）和納米尺度（我們看不到，但知道正在發(fā)生的）的交集。

在市場(chǎng)份額之前建立理解

研究人員指出，雖然聚合物納米復(fù)合材料和 3D 打印產(chǎn)品和服務(wù)的市場(chǎng)價(jià)值都在 10 億美元左右，但納米材料 3D 打印的市場(chǎng)價(jià)值只有大約 4300 萬美元。

為了國(guó)家繁榮和保持全球制造業(yè)的領(lǐng)先地位，需要縮小 3D 打印和納米材料的實(shí)際應(yīng)用與納米材料 3D 打印之間的差距，”研究人員說。“由于在 3D 打印過程中缺乏對(duì)納米復(fù)合材料性能的控制，因此存在差距，因?yàn)槲覀儾煌耆私夤に?形態(tài)-性能關(guān)系。

瓶頸在于理解 3D 打印過程的宏觀力學(xué)與納米復(fù)合材料的納米級(jí)力學(xué)和物理學(xué)之間復(fù)雜的相互作用。研究人員的研究旨在通過探索 3D 打印工藝參數(shù)與納米復(fù)合印刷油墨中納米材料形態(tài)之間的關(guān)系來緩解瓶頸，這是最重要但探索最少的難題。

納米材料墨水的諸多好處

超越納米復(fù)合墨水的科學(xué)，該材料因其眾多功能而具有廣闊的前景。3D 打印的優(yōu)勢(shì)之一是幾乎可以完全控制最終產(chǎn)品的形狀。

研究人員的納米材料的油墨的電導(dǎo)率是一個(gè)非常方便的特點(diǎn)，使該印刷環(huán)氧加倍作為電位電布線電路板中，飛機(jī)的機(jī)翼或在血管中引導(dǎo)導(dǎo)管三維印刷的致動(dòng)器-無論。納米復(fù)合聚合物油墨的另一個(gè)有用特性是它的強(qiáng)度。

“與鋼和鋁相比，我們看到具有相同強(qiáng)度的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的重量減輕了80% ，”研究人員說。

最后，在醫(yī)療領(lǐng)域、航空航天和電子行業(yè)，缺陷和損壞可能會(huì)帶來大麻煩，納米復(fù)合材料具有安全功能。

研究人員說：“當(dāng)某物破裂時(shí)，微小的裂紋會(huì)從微觀缺陷開始，并發(fā)展到破壞整個(gè)結(jié)構(gòu)?！?“納米復(fù)合材料在這些裂縫中建立了橋梁，并且不會(huì)讓裂縫增長(zhǎng)。這是碳納米管提高材料機(jī)械強(qiáng)度的機(jī)制之一?！?/p>

性能重量比、導(dǎo)電性、增加的強(qiáng)度和易于應(yīng)用只是聚合物納米復(fù)合油墨可能取代傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂的眾多有希望的原因中的一小部分。