以麻省理工學(xué)院計算機(jī)科學(xué)和人工智能實驗室專家為首的研究團(tuán)隊，近日在美國化學(xué)協(xié)會期刊《應(yīng)用材料和界面》發(fā)表文章，宣稱他們發(fā)明了一種3D打印結(jié)構(gòu)：只要打印出來的薄層被從基板材料上剝離，薄層就會自己展開。

該打印方法的優(yōu)點，一方面在于打印薄層啟動其展開過程無需任何外力，另一方面在于，其適用于不止一種3D打印耗材，并可被用于打印多種精細(xì)結(jié)構(gòu)。

參與研究的MIT電子工程和計算機(jī)科學(xué)研究生、文章第一作者Subramanian Sundaram 表示：假如需要用3D打印制造可自行展開的電子器件，那么你需要選用一些有機(jī)材料——因為電路板是用有機(jī)材料制造的。然而，有機(jī)材料對濕度和溫度很敏感，因此你不能用泡水或加熱的方法來讓電路板展開，否則它會損壞。

除了Sundaram，論文其他作者包括MIT電子工程和計算機(jī)科學(xué)副教授Wojciech Matusik和Marc Baldo；Matusik領(lǐng)導(dǎo)的柔性計算團(tuán)隊的技術(shù)助理David Kim，馬薩諸塞大學(xué)高分子科學(xué)和工程教授Ryan Hayward。 

為了展示這種方法，研究人員制造了一個可自行展開的3D打印電子器件，其在通電時能從透明變成不透明。這個器件基于同一研究團(tuán)隊在今年年初發(fā)布的原型。該原型在展開之前呈“H”型二維平面，但在“H”的四條腿折疊之后，就會形成一個在三維空間中的“桌子”。

研究人員目前已經(jīng)可以控制“桌腿”的展開角度。在實驗中，他們設(shè)定“桌腿”的展開角度，然后強(qiáng)行把“桌腿”掰開到更大的角度。然而，當(dāng)外力移除后，“桌腿”又恢復(fù)了原來的展開角度。

在未來一段時間之內(nèi)，該技術(shù)將有助于生產(chǎn)具有復(fù)雜三維構(gòu)型的傳感器、顯示屏和天線。在遠(yuǎn)期，該技術(shù)也許能制造出可打印的機(jī)器人。

3D打印是一種分層打印技術(shù)。MIT研究人員，將新型材料精確地布置在待展開器件的頂部或者底部幾層。底層的新材料和基底材料之間有一定的粘合力，這能保證整個待展開器件在打印過程中的平整。然而，當(dāng)待展開器件從基底材料上剝離之后，頂層的新型材料就會開始展開。

像人類歷史上很多偉大發(fā)明一樣，研究團(tuán)隊也是在一個偶然的機(jī)會才發(fā)現(xiàn)的這種新型材料。大多數(shù)被研究的材料都是高分子材料——單分子組成復(fù)雜的長鏈結(jié)構(gòu)。用不同種類的單分子制成高分子材料，可以獲得不同的物理特性。

在試圖發(fā)明一種可用來打印更具延展性的器件的材料的時候，研究人員無意中發(fā)現(xiàn)，某種配方對應(yīng)的材料打印出來的器件，居然會隨著時間的推移慢慢伸展。研究人員迅速意識到這種材料的潛力，并開始改進(jìn)這種材料，直到這種材料打印出來的“H”型 4腿折疊桌能順利展開。

Hayward 解釋了材料的展開奧秘。該3D打印耗材中有幾種長分子鏈和一種短得多的分子鏈，其單分子均為丙烯酸異辛酯。當(dāng)用該耗材打印出來的薄層暴露于紫外線中固化后，長鏈之間會鏈接起來，形成錯綜復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

當(dāng)?shù)?層耗材被置于第1層之上后，第2層中的短鏈會滲入已經(jīng)被固化的第1層。在那里，短鏈和長鏈形成了一種張力，為日后展開提供了條件。

研究人員希望，對材料機(jī)制的深入理解能有助于其他應(yīng)用領(lǐng)域。比如，目前很多高分子耗材，其打印出來的器件在固化之后，會有1%-3%的縮小。也許內(nèi)在張力材料能有助于解決這個問題。

北卡羅萊納州立大學(xué)化學(xué)工程教授Michael Dickey表示，該材料為通過3D打印制造實用的電子器件提供了一種思路。通常，電路板都是二維平面。而不久的將來，則有可能利用可伸展3D打印材料制造處性能同樣可靠的三維電子器件。

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