利用3D打印制造出壓電超材料

美國弗吉尼亞理工大學的研究人員采用3D打印技術(shù)制造出一種壓電常數(shù)可調(diào)的壓電超材料，有望用于下一代智能基礎設施。

壓電材料通常為晶體和陶瓷，復雜的加工工藝和材料固有脆性限制了其廣泛應用。研究人員先采用γ甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（TMSPM）對鋯鈦酸鉛（PZT）納米顆粒進行表面功能化，并將其分散在光敏聚合物單體中制成均勻的高濃度膠體墨水（納米顆粒的體積分數(shù)高達50％）；再利用高分辨率數(shù)字3D打印技術(shù)，經(jīng)近紫外光固化打印出聚合物-鋯鈦酸鉛納米復合材料（主動壓電超材料）。研究發(fā)現(xiàn)：納米顆粒和光敏聚合物單體之間強的共價鍵產(chǎn)生空間位阻，改善了膠體墨水中高濃度納米顆粒的分散情況；與傳統(tǒng)壓電材料中壓電響應行為由晶體結(jié)構(gòu)決定不同，這種主動壓電超材料可根據(jù)不同的設計需求，在特定應力下選擇性放大、抑制或反轉(zhuǎn)壓電響應行為，其比壓電常數(shù)是典型壓電材料（聚偏二氟乙烯等壓電聚合物和壓電復合材料）的三倍以上。

圖 壓電效應

這種新型壓電材料可用于沖擊、振動和運動等的監(jiān)控，將促進機器人技術(shù)、能量收集、觸覺傳感和智能基礎設施領域的發(fā)展。