微納(na)3D打(da)印加(jia)速(su)復(fu)合材料(liao)技術(shu)創(chuang)新(xin)步(bu)伐

“壹(yi)代(dai)材料(liao)，壹(yi)代(dai)裝(zhuang)備；壹(yi)代(dai)材料(liao)，壹(yi)代(dai)創(chuang)新(xin)"。復(fu)合材料(liao)產業(ye)，作為戰(zhan)略性(xing)和(he)基(ji)礎性(xing)的產(chan)業(ye)，是(shi)各大領(ling)域開展創(chuang)新(xin)實(shi)踐的重要(yao)前(qian)提(ti)條(tiao)件(jian)之(zhi)壹(yi)。在(zai)科技與(yu)產(chan)業(ye)革(ge)命(ming)的新(xin)浪潮中(zhong)，復(fu)合材料(liao)技術(shu)持(chi)續(xu)實(shi)現突破(po)，新(xin)型材料(liao)和(he)新(xin)物(wu)質(zhi)結(jie)構(gou)層出(chu)不窮，全(quan)球復(fu)合材料(liao)產業(ye)呈(cheng)現迅猛(meng)增長的態(tai)勢。

針(zhen)對(dui)裝(zhuang)備在(zai)復(fu)雜環境下的嚴(yan)苛應(ying)用(yong)和(he)質(zhi)量(liang)要(yao)求，大型(xing)化(hua)、整體化、功能(neng)壹(yi)體化的復(fu)合材料(liao)構件(jian)研發(fa)需求也在(zai)日(ri)益上(shang)升。因(yin)此，采用(yong)高(gao)精度(du)3D打(da)印技術(shu)，研發(fa)壹(yi)體化成(cheng)形的高(gao)精密(mi)、高(gao)性(xing)能(neng)、高(gao)效率構件(jian)制造技術(shu)與(yu)裝(zhuang)備，已(yi)成(cheng)為行業(ye)發(fa)展的重點(dian)方向(xiang)。

復(fu)合材料(liao)，是由(you)兩(liang)種或兩(liang)種以上物(wu)理(li)和(he)化(hua)學(xue)性(xing)質(zhi)不同的物(wu)質(zhi)組合而(er)成(cheng)的壹(yi)種多相(xiang)固(gu)體材料(liao)。其(qi)中(zhong)的壹(yi)種材料(liao)作為基(ji)體，其(qi)它(ta)的材料(liao)作為增(zeng)強(qiang)相，基(ji)體通(tong)常(chang)是(shi)連(lian)續(xu)的，增(zeng)強相(xiang)可(ke)以是顆(ke)粒(li)、纖維、層(ceng)板(ban)。可(ke)以認為(wei)增(zeng)強相是(shi)鑲嵌(qian)在基(ji)體裏(li)的。這(zhe)種組合成(cheng)的材料(liao)的性(xing)質(zhi)與(yu)它(ta)的任何壹(yi)種成(cheng)分(fen)的材料(liao)都顯著不同。

復(fu)合材料(liao)中(zhong)各(ge)種材料(liao)在性(xing)能(neng)上(shang)互(hu)相(xiang)取(qu)長補短(duan)，產(chan)生(sheng)協(xie)同效應(ying)，使(shi)復(fu)合材料(liao)的綜(zong)合性(xing)能(neng)優(you)於原(yuan)組成(cheng)材料(liao)而(er)滿(man)足(zu)各種不同的要(yao)求。

據(ju)Precedence Research的統(tong)計和(he)預(yu)測，2023年(nian)全(quan)球復(fu)合材料(liao)市場規模(mo)估計(ji)為1118.9億(yi)美(mei)元，預(yu)計到2032年(nian)將(jiang)達(da)到約1913.6億(yi)美(mei)元，從(cong)2023年到2032年(nian)的年(nian)復(fu)合增長率將達(da)到6.1%。

先進(jin)復(fu)合材料(liao)具(ju)有高(gao)比強(qiang)度(du)、高(gao)比(bi)模(mo)量和(he)良(liang)好的可(ke)設計性(xing)等(deng)優(you)點(dian)，包(bao)括高性(xing)能(neng)高(gao)分(fen)子復(fu)合材料(liao)、高溫(wen)耐蝕(shi)結(jie)構(gou)材料(liao)、輕(qing)質(zhi)高(gao)強新(xin)材料(liao)、結(jie)構(gou)陶瓷(ci)及(ji)其(qi)復(fu)合材料(liao)、增材制造材料(liao)等，廣(guang)泛(fan)應用(yong)於(yu)航(hang)空航(hang)天、汽車制造、能(neng)源儲存、軌道交通(tong)等(deng)領(ling)域的裝(zhuang)備制造，是(shi)工(gong)業(ye)發(fa)達(da)國(guo)家(jia)的戰(zhan)略必爭(zheng)資源。

在最新科(ke)研進(jin)程(cheng)中(zhong)，互(hu)穿相(xiang)復(fu)合材料(liao)以其(qi)優(you)異的力學(xue)性(xing)能(neng)得(de)到了(le)廣(guang)泛的應(ying)用(yong)。為(wei)了(le)進(jin)壹(yi)步(bu)獲得(de)增(zeng)強的性(xing)能(neng)並闡(chan)明(ming)潛在的力學(xue)機制。來(lai)自(zi)中(zhong)國(guo)工(gong)程物(wu)理(li)研究院的研究團隊通(tong)過(guo)將(jiang)超(chao)彈(dan)性(xing)PDMS填(tian)充(chong)到基(ji)於(yu)粘塑性(xing)聚(ju)合物(wu)的3D打(da)印Schwarz Primitive (P)細胞骨(gu)架(jia)中(zhong)來(lai)設計(ji)和(he)制造三(san)連(lian)續(xu)IPCs，其(qi)中(zhong)P細(xi)胞骨(gu)架(jia)是由(you)摩方精密(mi)面(mian)投影微立(li)體光刻(ke)（PμSL） 3D打(da)印技術(shu)（nanoArch® P150，精度(du)：25 μm）制備而(er)成(cheng)。

該團(tuan)隊對(dui)IPCs的壓(ya)縮性(xing)能(neng)、循(xun)環性(xing)能(neng)和(he)弛(chi)豫性(xing)能(neng)進(jin)行了(le)實(shi)驗(yan)研究。結(jie)果(guo)顯示(shi)，互(hu)穿網(wang)絡結(jie)構(gou)顯著提(ti)升(sheng)了(le)材料(liao)壓縮性(xing)能(neng)，減(jian)少(shao)了(le)應(ying)力松弛(chi)和(he)循(xun)環軟化。通(tong)過(guo)嵌(qian)入用(yong)戶(hu)材料(liao)子程(cheng)序(xu)進(jin)行模(mo)擬，分(fen)析了P細(xi)胞和(he)IPCs的變(bian)形特性(xing)。結(jie)合實(shi)驗(yan)與(yu)模(mo)擬數據(ju)，團隊深化(hua)了對(dui)IPCs變形機(ji)制的認(ren)識。研究發(fa)現，PDMS填(tian)充(chong)提(ti)升(sheng)tc-ipc力學(xue)性(xing)能(neng)主要(yao)通(tong)過(guo)三(san)個(ge)途(tu)徑：壹(yi)是(shi)轉移(yi)部(bu)分(fen)外(wai)載(zai)，二是(shi)限(xian)制骨架彎曲(qu)防屈曲(qu)，三是(shi)與(yu)P細(xi)胞骨(gu)架(jia)相互(hu)作用(yong)，在(zai)三(san)向(xiang)應力狀(zhuang)態(tai)下增強整體性(xing)能(neng)，這(zhe)些(xie)成(cheng)果促(cu)進(jin)了(le)IPCs的發(fa)展與(yu)應(ying)用(yong)。

因(yin)此，采用(yong)超(chao)彈(dan)性(xing)材料(liao)填(tian)充(chong)粘彈性(xing)骨(gu)架(jia)所(suo)制備的TC-IPCs，提(ti)升(sheng)了(le)承載(zai)能力，降低了(le)粘彈性(xing)響(xiang)應(ying)，並減(jian)輕(qing)了(le)復(fu)合材料(liao)的循(xun)環軟化程度(du)。本(ben)研究提(ti)出(chu)了(le)壹(yi)種設(she)計策(ce)略，即(ji)通(tong)過(guo)填(tian)充(chong)超彈性(xing)材料(liao)至粘(zhan)彈(dan)性(xing)開(kai)放(fang)式蜂窩(wo)結(jie)構(gou)，以獲得(de)增(zeng)強型復(fu)合材料(liao)，為骨(gu)架(jia)拓(tuo)撲、填(tian)充(chong)與(yu)骨(gu)架(jia)材料(liao)特性(xing)融(rong)合提(ti)供(gong)了(le)新(xin)的設(she)計路(lu)徑。

加(jia)速(su)復(fu)合材料(liao)技術(shu)及(ji)其(qi)產(chan)業(ye)發(fa)展，是塑(su)造新(xin)質(zhi)生(sheng)產(chan)力的重要(yao)動力和(he)基(ji)礎，也是(shi)構(gou)建新優勢的關鍵(jian)路(lu)徑。打(da)造材料(liao)強國(guo)，需(xu)強化基礎(chu)研究，摩方精密(mi)將(jiang)持續(xu)推(tui)動復(fu)合材料(liao)創(chuang)新(xin)，賦能新材料(liao)研究，整合“產學(xue)研"資源，助(zhu)力突破(po)材料(liao)的關鍵(jian)瓶頸(jing)。