自然的啟迪，小草的智慧

材料牛注：最近美國一個研究團隊開發了一種新的3D打印技術，該技術使用一種陶瓷泡沫墨水來打印具有獨立可調的宏觀及微觀孔隙率的材料。這種材料質量輕，強度高。

某種由哈佛大學的John A. Paulson工程與應用科學學院(SEAS)和Wyss生物工程研究所以及麻省理工學院(MIT)的研究人員開發的技術，可以用于制備質量超輕的結構材料、熱絕緣材料或者是組織支架。

研究人員稱，他們這項工作是受到天然的細胞結構的啟發，比如草的結構使其可以承受自重和抵御強風，并且還可以在被頻繁壓縮后恢復原狀。這項研究已經發表在了Proceedings of the Natural Academy of Sciences雜志上。

“通過擴大可打印材料的組成空間，我們可以制備具有超強剛度的輕質結構，”論文的資深作者同時也是Wyss的核心成員Jennifer A. Lewis教授說。Lewis實驗室使用的這種陶瓷泡沫墨水包含了氧化鋁顆粒，水和空氣。

Lewis實驗室的研究生，同時也是的論文第一作者Joseph Muth說：“泡沫墨水很有趣，因為你可以在其細胞宏觀結構中對其細胞微觀結構進行數字化排列。當墨水凝固后，所產生的結構中含有空氣，這些空氣被不同長度的陶瓷材料所包圍。當你在這些結構中加入孔隙時，你就賦予了它本不會有的性質。”

通過控制泡沫的微觀結構，研究人員就能調節墨水的性質及其在微觀尺度的變形方式。優化墨水性質后，該團隊打印出了超輕的六邊形和三角形蜂窩狀結構，這種結構的形貌，密度和剛度都具有可調性。

MIT材料科學與工程系教授、論文合著者Lorna Gibson博士稱：“這種技術結合了兩個方面的優勢，因為其同時提供了微觀結構控制（通過泡沫處理）和全局結構控制（通過3D打印）。由于我們打印的材料已經包含了特定的微觀結構，所以我們不需要獨立打印各部分。這使得我們相比以前，可以更好地控制結構的特殊層次等級。”

Muth說：“現在我們可以通過一次打印來制備多功能材料，這些材料的力學性能，熱導率和傳遞特性都可通過優化材料的結構來調節。”

雖然該團隊在這項研究中使用的只是陶瓷材料，其它種類的泡沫墨水，比如金屬和聚合物等打印墨水也可以使用。Lewis稱：“這項工作是走向擴展性制備建筑性多孔材料的重要一步。”

原文鏈接：Nature inspires 3D-printed lightweight structures with exceptional stiffness.

文獻鏈接：Architected cellular ceramics with tailored stiffness via direct foam writing.

本文由材料人編輯部月亮提供素材，賀達編譯，王子鳴審核；點我加入材料人編輯部。

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