廈大(da)孫(sun)道恒(heng)教(jiao)授(shou)課(ke)題(ti)組(zu)《Small》：在(zai)超(chao)材料制(zhi)造(zao)領(ling)域(yu)取(qu)得(de)新(xin)進(jin)

當(dang)前，超(chao)材料制(zhi)造(zao)工(gong)藝主要(yao)有印刷(shua)電路(lu)板(PCB)、光刻(ke)、電子束刻(ke)蝕等，然(ran)而這(zhe)些(xie)工(gong)藝在(zai)3D超(chao)材料結(jie)構(gou)制(zhi)造(zao)方(fang)面普遍(bian)存在(zai)步(bu)驟(zhou)繁瑣(suo)、成(cheng)本(ben)高、耗時(shi)長等問(wen)題(ti)，不(bu)易(yi)與曲面共形(xing)，難(nan)以(yi)滿足實際應(ying)用(yong)條件(jian)。3D、曲面共形(xing)壹(yi)體(ti)化(hua)超(chao)材料的(de)制(zhi)造(zao)仍然是壹(yi)項重(zhong)大(da)挑戰。

近(jin)日，廈門大(da)學航空(kong)航天(tian)學院孫(sun)道恒(heng)教(jiao)授(shou)課(ke)題(ti)組(zu)基於面投影(ying)微(wei)立體(ti)光刻(ke)(PµSL)3D打印技術（microArch S240，摩方(fang)精(jing)密(mi)）結(jie)合液態金屬(shu)填(tian)充(chong)方(fang)法制備(bei)了3D正交(jiao)開(kai)口(kou)諧(xie)振(zhen)環(huan)及(ji)曲面共形(xing)超(chao)材料結(jie)構(gou)，其嵌入(ru)式結(jie)構(gou)特(te)征可(ke)有效(xiao)保(bao)護(hu)金屬(shu)諧(xie)振(zhen)層免(mian)受外部(bu)環(huan)境(jing)影(ying)響(xiang)，且具(ju)有宏(hong)-微、結(jie)構(gou)-功(gong)能(neng)壹體(ti)化(hua)成型(xing)的(de)優(you)勢(shi)。

圖(tu)1 3D打(da)印(yin)嵌(qian)入(ru)式超(chao)材料制(zhi)備(bei)流(liu)程

圖(tu)2 正交(jiao)開(kai)口(kou)諧(xie)振(zhen)環(huan)超(chao)材料結(jie)構(gou)及(ji)尺(chi)寸：(a) 平(ping)面型；(b) 半球形(xing)仿(fang)復眼超(chao)材料 (單(dan)元(yuan)尺(chi)寸為(wei)1.25mm)

工(gong)藝流程如圖1所(suo)示，首先(xian)使(shi)用(yong)精(jing)度為(wei)10μm的3D打(da)印(yin)機（microArch S240，摩方(fang)精(jing)密(mi)）制備帶有(you)超(chao)材料微(wei)結(jie)構(gou)空(kong)腔(qiang)的(de)模(mo)型(xing)，再(zai)利(li)用(yong)液態金屬(shu)真空(kong)填(tian)充(chong)方(fang)法制備(bei)超(chao)材料金屬(shu)微結(jie)構(gou)。超(chao)材料結(jie)構(gou)尺(chi)寸如圖2所(suo)示，開口(kou)諧(xie)振(zhen)環(huan)截面尺(chi)寸為(wei)0.1mm×0.2mm，頂部(bu)開(kai)口尺(chi)寸為(wei)0.3mm，諧(xie)振(zhen)環(huan)外(wai)徑(jing)為(wei)1mm。

圖(tu)3 液態金屬(shu)填(tian)充(chong)及(ji)超(chao)材料性(xing)能(neng)測試(shi)：(a-b) 平(ping)面型及仿生(sheng)復(fu)眼曲面共形(xing)超(chao)材料液態金屬(shu)填(tian)充(chong)前與填(tian)充(chong)後(hou)；(c-d) 超(chao)材料傳(chuan)輸(shu)性(xing)能(neng)測試(shi)

圖(tu)3(a)為(wei)3D打(da)印(yin)的(de)3D正交(jiao)開(kai)口(kou)諧(xie)振(zhen)環(huan)、仿(fang)復眼曲面共形(xing)超(chao)材料及(ji)局(ju)部(bu)放(fang)大(da)圖，圖3(b)為(wei)填(tian)充(chong)液態金屬(shu)後(hou)的超(chao)材料結(jie)構(gou)及(ji)其局部(bu)放(fang)大(da)。在(zai)液態金屬(shu)填(tian)充(chong)滿(man)超(chao)材料結(jie)構(gou)空(kong)腔(qiang)後(hou)，采用(yong)光敏(min)樹(shu)脂塗覆在(zai)液態金屬(shu)填(tian)充(chong)入(ru)口處並(bing)用(yong)紫外(wai)燈(deng)照射(she)固化(hua)以(yi)密封(feng)入(ru)口。圖3(c-d)為(wei)平(ping)面型及曲面共形(xing)超(chao)材料測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)。

該(gai)研究(jiu)將(jiang)3D打(da)印(yin)的(de)靈(ling)活性(xing)與(yu)液態金屬(shu)的易(yi)流動(dong)、易(yi)填(tian)充(chong)性(xing)相(xiang)結(jie)合，使(shi)超(chao)材料制(zhi)造(zao)不(bu)再受限(xian)於(yu)復雜(za)結(jie)構(gou)，開(kai)辟(pi)了壹類(lei)復(fu)雜(za)超(chao)材料結(jie)構(gou)制(zhi)造(zao)新(xin)方(fang)法。為(wei)超(chao)材料的(de)結(jie)構(gou)創(chuang)新(xin)、功能(neng)創(chuang)新(xin)及應用(yong)創(chuang)新(xin)奠(dian)定工(gong)藝基礎，拓(tuo)展了(le)共形(xing)超(chao)材料的(de)應(ying)用(yong)範圍(wei)，如3D光學/電(dian)磁(ci)隱(yin)身(shen)衣(yi)、智能(neng)蒙(meng)皮、超(chao)透鏡(jing)等。

該(gai)成(cheng)果(guo)以(yi)題(ti)為(wei)“3D Printed Embedded Metamaterials”發表於(yu)國際(ji)期(qi)刊(kan)《Small》(IF = 13.281)上(shang)，論(lun)文(wen)通(tong)訊(xun)作(zuo)者(zhe)為(wei)廈門大(da)學航空(kong)航天(tian)學院孫(sun)道恒(heng)教(jiao)授(shou)和(he)陳沁楠(nan)助理(li)教授，第(di)壹(yi)作(zuo)者(zhe)為(wei)廈門大(da)學航空(kong)航天(tian)學院博(bo)士(shi)生張昆鵬。該(gai)研究(jiu)得到(dao)了(le)國(guo)家自然科(ke)學基金(51975498、U1505243、U2005214)和(he)深(shen)圳市科(ke)技創(chuang)新(xin)委員會技(ji)術攻關(guan)面上項目(mu)(JSGG20201102165202007)的(de)支持與資助(zhu)。

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