1 东南大学 智能材料研究院, 江苏 南京 211189
2 东南大学 化学化工学院, 江苏 南京 211189
液晶弹性体是一类集成了液晶相的各向异性和聚合物基质的力学特性的材料,具有可操控的自主形变能力,在柔性电子、光学器件及生物医疗技术等诸多领域有广阔的应用前景。液晶弹性体的高级功能主要来源于其制备过程的处理方法和几何结构的构筑方式。不同的取向策略和结构的组合能够赋予材料复杂的形变模式和功能特性。近年的研究发现,将机械超材料与液晶弹性体结合能够实现常规材料设计难以实现的功能和特性,实现如双轴驱动、加热膨胀、多维运动等功能,应用在生物医疗、无电子传感、振动控制等领域。本文综述了利用超材料结构设计思路对液晶弹性体的取向及几何结构进行同步构筑的设计方法及其应用,介绍了3D打印技术在构建人造有序结构方面的应用及对材料性能的影响。
液晶弹性体 机械超材料 智能材料 三维打印 liquid crystal elastomers mechanical metamaterials smart materials 3D printing
1 河南省数控技术工程技术研究中心,郑州 450000
2 河南职业技术学院,郑州 450000
3 郑州大学,郑州 450001
直写成型技术有利于成型结构复杂的个性化、定制化产品,而在成型致密实心结构时存在内部结构的孔隙问题和力学性能的各向异性问题。本研究以Al2O3为原料,选用直径为2.0 mm的喷嘴进行打印,当层高设置为0.8 mm时(喷嘴直径的40%),打印样品内部结构较为致密,未观察到孔隙的存在,解决了内部结构孔隙问题;且此时平行于层间与垂直于层间的力学性能较为接近,各向异性指数接近100%,缓解了力学性能各向异性问题。
直写成型 三维打印 氧化铝 direct ink writing 3-dimension printing alumina
1 中国信息通信科技集团有限公司 a.光通信技术和网络全国重点实验室;b.国家信息光电子创新中心,武汉 430074
2 鹏城实验室,广东 深圳 518000
超表面是一种周期性亚波长人工结构薄层,其与入射电磁波共振耦合所引入的相位突变打破了传统光学对空间光程累计的依赖,表现出独特的电磁学特性。过去10年来,超表面以其优于传统光学元件的超薄厚度、超短调制距离和超高分辨率光波操纵能力受到研究者们的广泛关注。并且作为超材料的二维对应物,超表面更易于被制造和集成到器件中,可以工作在微波到可见光波长范围内。常用于超表面的制造工艺包括紫外光刻、电子束光刻、聚焦离子束光刻和纳米压印等,但超表面的大规模应用仍面临加工精度与大面积、大规模制造和加工成本之间的矛盾。基于飞秒脉冲激光和双光子聚合反应的双光子三维(3D)打印技术可以实现高精度、复杂3D模型和无掩膜的一步制造,具有加工便捷和灵活的优点,以及大面积制造的潜力,被广泛应用于超表面结构研究与制备。文章对基于双光子3D打印技术制备的超表面光器件的近期研究工作进行了综述。文章首先概述了超表面的概念、优势及加工方法,然后介绍了双光子3D打印技术的原理、发展历程和工艺优势,随后分类综述和讨论了表面等离激元超表面、超透镜、超表面纳米显示与图像处理和与光纤端面集成超表面的近期研究工作,最后对基于双光子3D打印技术的超表面光器件进行了评论与展望。
超表面 双光子聚合 三维打印 光器件 表面等离激元 metasurface two-photon polymerization 3D printing optical device surface plasmons
1 航发优材(镇江)增材制造有限公司,中国航发增材制造技术创新中心,江苏 镇江 212132
2 中国航发北京航空材料研究院,北京 100095
激光选区熔化成形技术作为一种近净成形的增材制造技术,可实现复杂结构零部件高精度成形。为此,结合激光选区熔化实际应用中发现的问题,总结了激光选区熔化成形工艺的零部件设计准则,包括变形、粉料去除、支撑去除、扫描策略、设备加工能力、加工余量等,同时,结合实际应用情况,进一步分析了应力收缩线形成机理及常规应力分布规律。该研究为设计人员进行零部件设计、模型优化提供了依据。
激光技术 激光选区熔化 激光成形 结构设计 增材制造 三维打印 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0514010
骨修复支架在植入缺损处后出现的炎症与氧化应激有关, 其中过氧化氢(H2O2)浓度过高是引起氧化应激的主要原因之一。二氧化锰(MnO2)能够通过催化分解H2O2来消除植入物周围环境过量的H2O2, 同时催化H2O2分解产生的氧气(O2)能够缓解骨缺损处因血供不足而导致的缺氧环境, 从而有利于骨组织再生与骨缺损修复。本研究采用简单的氧化还原法在3D打印制备的生物活性玻璃(BG)支架表面原位沉积MnO2颗粒, 得到BG-MnO2复合支架(BGM), 赋予BG支架清除H2O2的同时提供O2的能力。研究结果表明, BGM支架表面沉积MnO2含量随反应溶液中高锰酸钾浓度升高而增加, 其抗压强度随MnO2含量增加而增强, 但这些支架的孔隙率和降解速度基本保持不变。更为重要的是, BGM支架能够在H2O2环境中持续催化分解H2O2产生O2, 当不同Mn含量的BGM (BGM5和BMG9)支架在浓度为2 mmol/L的H2O2溶液中催化分解H2O2产生的O2能使溶液中饱和氧浓度分别达到8.4和11 mg/L。细胞实验结果表明, BGM支架对骨髓间充质干细胞的增殖和碱性磷酸酶活性有一定促进作用。因此, BGM支架在骨组织修复领域具有较大的应用潜力。
生物活性玻璃支架 二氧化锰 氧化应激 三维打印 骨组织工程 bioactive glass scaffold manganese dioxide oxidative stress 3D printing bone tissue engineering
西安工业大学电子信息工程学院,陕西 西安 710021
为了摆脱传统显微镜操作繁杂、体积巨大、光源严格等问题,提出了一种小型Wi-Fi智能显微镜系统。采用常见网络相机的CMOS电路作为显微镜的成像电路,并合理利用网络摄像头感光性强的优势。通信模块采用ESP8266模块的AP功能实现电脑与显微镜的网络通信,可将图像传输在上位机软件上执行相机参数设置、图像保存等操作。利用NX12.0软件设计显微镜的机械结构并通过三维打印技术实现,成本低廉。最终实现了整个系统的配合运转,并通过该显微镜采集到了细胞图像。
成像系统 显微镜 ESP8266模块 Wi-Fi通信 网络相机 三维打印技术 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2211002
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
为研究现有国际照明委员会(CIE)色差公式(基于平面色建立)对三维(3D)打印球体模型色差评价的适用性,基于Sailner J400彩色3D打印机,围绕CIE推荐的5个颜色中心(灰、红、黄、绿、蓝)制作了200对(150对哑光和50对光泽)直径4 cm的球体模型。组织了59名年龄分布在19~26岁的色觉正常观察者,使用灰梯尺法开展色差评价实验。检验了基于CIELAB、CIECAM02和CAM16共3个颜色空间、8个色差公式的表现性能,并对色差公式进行了幂指数和明度因子的优化计算。结果表明,各原始色差公式对3D球体色差的预测性能较为一致,标准化残差平方和(STRESS)值为32.5~34.7;对光泽球体样本的预测性能优于哑光球体样本。F检验表明,针对3D球体样本建立的幂指数色差计算方法较原始色差公式的性能均有显著改善,优化后的STRESS值降为24.5~27.3;经过明度因子优化后的改善不显著。
视觉与色彩 三维打印 色差公式 幂指数优化 标准化残差平方和 光学学报
2021, 41(23): 2333001
红外与激光工程
2020, 49(12): 20201079