利用3D打印制造出压电超材料

美国弗吉尼亚理工大学的研究人员采用3D打印技术制造出一种压电常数可调的压电超材料，有望用于下一代智能基础设施。

压电材料通常为晶体和陶瓷，复杂的加工工艺和材料固有脆性限制了其广泛应用。研究人员先采用γ甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（TMSPM）对锆钛酸铅（PZT）纳米颗粒进行表面功能化，并将其分散在光敏聚合物单体中制成均匀的高浓度胶体墨水（纳米颗粒的体积分数高达50％）；再利用高分辨率数字3D打印技术，经近紫外光固化打印出聚合物-锆钛酸铅纳米复合材料（主动压电超材料）。研究发现：纳米颗粒和光敏聚合物单体之间强的共价键产生空间位阻，改善了胶体墨水中高浓度纳米颗粒的分散情况；与传统压电材料中压电响应行为由晶体结构决定不同，这种主动压电超材料可根据不同的设计需求，在特定应力下选择性放大、抑制或反转压电响应行为，其比压电常数是典型压电材料（聚偏二氟乙烯等压电聚合物和压电复合材料）的三倍以上。

图 压电效应

这种新型压电材料可用于冲击、振动和运动等的监控，将促进机器人技术、能量收集、触觉传感和智能基础设施领域的发展。