美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的研究人員采用3D打印技術(shù)制造出一種壓電常數(shù)可調(diào)的壓電超材料,有望用于下一代智能基礎(chǔ)設(shè)施。
壓電材料通常為晶體和陶瓷,復(fù)雜的加工工藝和材料固有脆性限制了其廣泛應(yīng)用。研究人員先采用γ甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(TMSPM)對(duì)鋯鈦酸鉛(PZT)納米顆粒進(jìn)行表面功能化,并將其分散在光敏聚合物單體中制成均勻的高濃度膠體墨水(納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)高達(dá)50%);再利用高分辨率數(shù)字3D打印技術(shù),經(jīng)近紫外光固化打印出聚合物-鋯鈦酸鉛納米復(fù)合材料(主動(dòng)壓電超材料)。研究發(fā)現(xiàn):納米顆粒和光敏聚合物單體之間強(qiáng)的共價(jià)鍵產(chǎn)生空間位阻,改善了膠體墨水中高濃度納米顆粒的分散情況;與傳統(tǒng)壓電材料中壓電響應(yīng)行為由晶體結(jié)構(gòu)決定不同,這種主動(dòng)壓電超材料可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需求,在特定應(yīng)力下選擇性放大、抑制或反轉(zhuǎn)壓電響應(yīng)行為,其比壓電常數(shù)是典型壓電材料(聚偏二氟乙烯等壓電聚合物和壓電復(fù)合材料)的三倍以上。
圖 壓電效應(yīng)
這種新型壓電材料可用于沖擊、振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)等的監(jiān)控,將促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)、能量收集、觸覺(jué)傳感和智能基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的發(fā)展。
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