廈(sha)大(da)孫道(dao)恒(heng)教授課題組(zu)《Small》：在超(chao)材料(liao)制造領(ling)域(yu)取(qu)得新(xin)進

當(dang)前，超(chao)材料(liao)制造工藝主要有印刷電路板(PCB)、光刻(ke)、電(dian)子(zi)束(shu)刻蝕等(deng)，然(ran)而這些(xie)工藝在3D超(chao)材料(liao)結構(gou)制造方面(mian)普(pu)遍存(cun)在步驟繁瑣(suo)、成(cheng)本(ben)高、耗(hao)時(shi)長(chang)等(deng)問題，不易與(yu)曲面(mian)共(gong)形，難以(yi)滿(man)足實(shi)際(ji)應(ying)用條(tiao)件(jian)。3D、曲面(mian)共(gong)形壹(yi)體(ti)化超(chao)材料(liao)的(de)制造仍然(ran)是(shi)壹(yi)項(xiang)重(zhong)大(da)挑(tiao)戰(zhan)。

近(jin)日(ri)，廈(sha)門(men)大(da)學(xue)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)學(xue)院(yuan)孫道(dao)恒(heng)教授課題組(zu)基於面(mian)投(tou)影(ying)微(wei)立體(ti)光刻(ke)(PµSL)3D打(da)印(yin)技(ji)術(shu)（microArch S240，摩方(fang)精(jing)密(mi)）結合(he)液(ye)態金(jin)屬(shu)填(tian)充(chong)方(fang)法(fa)制備了3D正交開口(kou)諧(xie)振環及(ji)曲面(mian)共(gong)形超(chao)材料(liao)結構(gou)，其嵌(qian)入式(shi)結構(gou)特征可(ke)有效(xiao)保(bao)護(hu)金(jin)屬(shu)諧(xie)振(zhen)層(ceng)免受外(wai)部(bu)環境影響，且具有(you)宏-微(wei)、結(jie)構(gou)-功能(neng)壹(yi)體(ti)化成(cheng)型(xing)的(de)優(you)勢(shi)。

圖(tu)1 3D打(da)印(yin)嵌(qian)入式(shi)超(chao)材料(liao)制備流程(cheng)

圖(tu)2 正交開口(kou)諧(xie)振環超(chao)材料(liao)結構(gou)及尺(chi)寸：(a) 平面(mian)型(xing)；(b) 半球(qiu)形仿復(fu)眼(yan)超(chao)材料(liao) (單(dan)元尺(chi)寸(cun)為(wei)1.25mm)

工(gong)藝流程(cheng)如(ru)圖1所(suo)示，首(shou)先使(shi)用精(jing)度(du)為(wei)10μm的(de)3D打印(yin)機（microArch S240，摩方(fang)精(jing)密(mi)）制備帶(dai)有(you)超(chao)材料(liao)微(wei)結(jie)構(gou)空(kong)腔(qiang)的(de)模型(xing)，再利用液態金(jin)屬(shu)真(zhen)空(kong)填充(chong)方(fang)法(fa)制備超(chao)材料(liao)金(jin)屬(shu)微(wei)結(jie)構(gou)。超(chao)材料(liao)結構(gou)尺寸(cun)如(ru)圖2所(suo)示，開(kai)口(kou)諧(xie)振環截(jie)面(mian)尺(chi)寸(cun)為(wei)0.1mm×0.2mm，頂部(bu)開口(kou)尺(chi)寸為(wei)0.3mm，諧振環(huan)外(wai)徑(jing)為(wei)1mm。

圖(tu)3 液(ye)態金(jin)屬(shu)填(tian)充(chong)及(ji)超(chao)材料(liao)性能(neng)測(ce)試(shi)：(a-b) 平面(mian)型(xing)及(ji)仿生(sheng)復(fu)眼(yan)曲面(mian)共(gong)形超(chao)材料(liao)液態金(jin)屬(shu)填(tian)充(chong)前與填(tian)充(chong)後(hou)；(c-d) 超(chao)材料(liao)傳(chuan)輸(shu)性能(neng)測(ce)試(shi)

圖(tu)3(a)為(wei)3D打(da)印(yin)的(de)3D正交開口(kou)諧(xie)振環、仿復(fu)眼(yan)曲面(mian)共(gong)形超(chao)材料(liao)及局(ju)部(bu)放大(da)圖(tu)，圖(tu)3(b)為(wei)填充液(ye)態金(jin)屬(shu)後(hou)的(de)超(chao)材料(liao)結構(gou)及其(qi)局(ju)部(bu)放大(da)。在液(ye)態金(jin)屬(shu)填(tian)充(chong)滿(man)超(chao)材料(liao)結構(gou)空(kong)腔(qiang)後(hou)，采(cai)用光敏(min)樹(shu)脂(zhi)塗(tu)覆在液(ye)態金(jin)屬(shu)填(tian)充(chong)入(ru)口(kou)處(chu)並用紫(zi)外(wai)燈照(zhao)射固化以(yi)密封(feng)入(ru)口(kou)。圖(tu)3(c-d)為(wei)平面(mian)型(xing)及(ji)曲面(mian)共(gong)形超(chao)材料(liao)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)。

該(gai)研(yan)究(jiu)將(jiang)3D打(da)印(yin)的(de)靈活性與液態金(jin)屬(shu)的(de)易流(liu)動、易填充性相結合(he)，使(shi)超(chao)材料(liao)制造不再(zai)受限於復(fu)雜(za)結(jie)構(gou)，開辟(pi)了(le)壹(yi)類(lei)復(fu)雜(za)超(chao)材料(liao)結構(gou)制造新方(fang)法。為(wei)超(chao)材料(liao)的(de)結構(gou)創新、功能(neng)創新及應(ying)用創新奠定工(gong)藝基礎，拓展(zhan)了共(gong)形超(chao)材料(liao)的(de)應(ying)用範圍，如(ru)3D光學(xue)/電(dian)磁隱(yin)身(shen)衣(yi)、智能(neng)蒙(meng)皮、超(chao)透(tou)鏡等(deng)。

該(gai)成(cheng)果(guo)以(yi)題為(wei)“3D Printed Embedded Metamaterials”發表(biao)於國際(ji)期(qi)刊(kan)《Small》(IF = 13.281)上(shang)，論文(wen)通(tong)訊(xun)作者(zhe)為(wei)廈門(men)大(da)學(xue)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)學(xue)院(yuan)孫道(dao)恒(heng)教授和陳沁(qin)楠(nan)助(zhu)理(li)教授，第壹(yi)作者(zhe)為(wei)廈門(men)大(da)學(xue)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)學(xue)院(yuan)博士生(sheng)張昆鵬(peng)。該(gai)研(yan)究(jiu)得(de)到(dao)了(le)國(guo)家自然(ran)科學基金(jin)(51975498、U1505243、U2005214)和深(shen)圳市(shi)科(ke)技(ji)創新委員會技(ji)術(shu)攻(gong)關面(mian)上(shang)項(xiang)目(mu)(JSGG20201102165202007)的(de)支持(chi)與資助(zhu)。

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https://doi.org/10.1002/smll.202103262