香港城市大學(xué)（城大）的研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)一種新型「陶瓷墨水」，開(kāi)發(fā)全球首套4D打印陶瓷技術(shù)。這項(xiàng)材料研究上的突破性進(jìn)展，將為陶瓷結(jié)構(gòu)的應(yīng)用翻開(kāi)新的一頁(yè)，例如應(yīng)用在電子產(chǎn)品製造、航空工業(yè)和太空探索方面。

陶瓷熔點(diǎn)高，不能輕易鑄造或造成不同形狀；加上現(xiàn)時(shí)以3D打印的陶瓷前驅(qū)體通常較難變形，故有礙生產(chǎn)形狀較複雜的陶瓷。

城大副校長(zhǎng)（研究及科技）兼機(jī)械工程學(xué)講座教授呂堅(jiān)教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，研發(fā)了一種新型的「陶瓷墨水」——一種聚合物和陶瓷納米顆粒的混合物。採(cǎi)用這種新型墨水以3D打印出來(lái)的陶瓷前驅(qū)體，既柔軟且可以拉伸至超過(guò)原來(lái)長(zhǎng)度的三倍，能用於製造複雜的形狀，例如摺紙結(jié)構(gòu)。

4D打印是指在傳統(tǒng)3D打印的基礎(chǔ)上，增加「時(shí)間」作為第四維度。3D打印物體在外部刺激下，例如機(jī)械力、溫度或磁場(chǎng)，就可以隨著時(shí)間變形或自我組裝。

在這項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)利用前驅(qū)體內(nèi)儲(chǔ)存的彈性能量來(lái)變形。當(dāng)拉伸的陶瓷前驅(qū)體彈性能量被釋放時(shí)，它會(huì)自我變形。經(jīng)過(guò)熱處理後，前驅(qū)體就會(huì)轉(zhuǎn)化成陶瓷。

這種由彈性體衍生的4D打印陶瓷結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，而且和一般的打印陶瓷相比，它的尺寸更大、強(qiáng)度更高。

呂教授說(shuō)︰「整個(gè)系統(tǒng)聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，但事實(shí)並非如此。從製作墨水到開(kāi)發(fā)整套打印系統(tǒng)，我們用盡各種方法、作了多次嘗試。就像在蛋糕上擠奶油一樣，從奶油種類(lèi)、唧嘴大小、擠壓速度和力度，以至溫度，很多因素都會(huì)影響結(jié)果。」

 

這項(xiàng)創(chuàng)新發(fā)明剛在最新一期的頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表，題為「彈性體衍生的摺紙?zhí)沾珊?D打印陶瓷」。研究團(tuán)隊(duì)的所有成員均來(lái)自城大，包括研究助理劉果博士、高級(jí)副研究員趙巖博士、研究員吳戈博士。

呂教授說(shuō)︰「憑藉陶瓷前驅(qū)體多樣化的變形能力，它的應(yīng)用範(fàn)圍廣泛。」重要的應(yīng)用範(fàn)疇之一將是電子產(chǎn)品。陶瓷材料在傳輸電磁訊號(hào)方面較金屬材料優(yōu)越，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的到來(lái)，陶瓷產(chǎn)品將在電子產(chǎn)品製造中發(fā)揮更重要作用。陶瓷的藝術(shù)特性及其可塑成複雜形狀的能力，亦可為消費(fèi)者度身訂做獨(dú)一無(wú)二的陶瓷手機(jī)背板。

這項(xiàng)創(chuàng)新發(fā)明還可應(yīng)用於航空工業(yè)和太空探索上。呂教授說(shuō)︰「陶瓷堅(jiān)固且耐熱，因此4D打印陶瓷具有極高的潛力用於製作推進(jìn)部件，應(yīng)用在航空業(yè)。」

此項(xiàng)研究獲得各方的支持，包括國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)重大項(xiàng)目、大學(xué)教育資助委員會(huì)的協(xié)作研究金和主題研究計(jì)劃、透過(guò)國(guó)家貴金屬材料工程技術(shù)研究中心香港分中心得到香港創(chuàng)新科技署的資助、廣東省科學(xué)技術(shù)廳，以及深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)的資助。

解釋是項(xiàng)研究的短片：

https://drive.google.com/open?id=1UEirPdxaDb0dXeE9ezm_bS9bjWbqfZpP