香港城市大学吕坚：2D/3D/4D打印双相纳米金属与纳米陶瓷复合材料(2)
时间:2019-10-21 13:28 来源:南极熊 作者:中国3D打印网 点击:次
通过这个研究我们发展出了新的金属家族，超纳材料，这个材料我把它叫二维，我通过PVD来实现的，最后实现什么材料？蓝色的部分就是六个纳米左右的纳米晶，黄色的部分是非晶材料，这种材料变形的时候不产生我们常见的位错，因此它的变形能力和强度非常高，大家一看跟普通的镁合金，黑线镁合金，蓝线金属玻璃已经提高了三四倍，加上超纳材料，性能大幅度提高，结构是这样，多向双向的材料，也是新的材料的架构，因此它在07年被自然杂志作为封面杂志的工作来做，这个和增材制造有什么关系和材料有什么关系？我们首先用PVD来实现的，实现的时候产生一个相分离，中间是六个纳米左右的材料，金属晶体材料，外面是一套非晶材料，这个材料我们现在做很大的增材制造，我们可以现在做到手机，今年年内可以做到计算机的laptop结构，我们在增强生物假肢里面可以用。 大家知道镁合金或者镁是非常好的生物相容的，可降解的材料，最大缺陷第一是抗腐蚀能力不行，第二是力学性能比较差。加上我们这个以后，我们可以做各种可降解的骨板，我们跟香港中文大学秦岭教授合作，这是有重大应用的，现在随着老龄化，老年人的断裂越来越多，每三秒钟有一个胯骨断裂，做手术的时候，现在一般都是钛合金和不锈钢的结构，这两个如果用骨板和其他的固定件，还要再做二次手术把它拿出来，所以钛合金，镁合金现在是可行的方案，镁合金现在的力学性能暂时达不到这个，镁合金的骨板加上我们现在这种材料，镁合金的复杂形状再加上我们这种材料，可以大幅度提高抗腐蚀能力，第二是大幅度提高它的强度，特别是在骨头恢复的前一个周期里面可以大幅度提高，这样有足够的强度，这个工作正在做大动物实验，小动物实验比较成功，镁是对人体非常好的金属材料，加上三维的3D打印结构，加上我们二维的涂层，我们这个方法可以涂在各种复杂的几何形状上。 第二个要介绍的工作是3D/4D打印纳米陶瓷，这个工作具备唯一性、颠覆性和最佳性，三个比较重要的元素来创新。这个工作去年发表在《科学进展》上，引起了全球媒体的关注，包括人民日报头版和参考消息，还有美联社等等，全球电视媒体和网站媒体都广泛地报道了这个工作，虽然这个杂志不是最好的杂志。 我们怎么做的？我们最主要是发展一种新型的墨水，这个墨水具有很好的弹性，如果我把它三维结构打印在一个具有弹性的基体上，在有弹性的机体上加上不同的预应变，出来的形状是非常复杂的3D打印做不出来的。第二个优势，通过这种方法可以烧结出力学性能超强的大块的陶瓷，这个是我们整体的工作。 最主要的我们发明创造了一个高分子加纳米陶瓷粉的复合材料，它的抗拉性能非常好，第一是为我们未来烧结以后的陶瓷的性能得出了一个很好的结果，第二是由于它的变形能力非常强，所以我们可以做非常复杂的前驱体，第三，这个本身就可以作为柔性机器人的软体部分，如果把柔性部分保留，局部变成陶瓷，它就可以变成软硬结合的结构，这个结构将是未来用的比较多的结构。 
经过前驱体烧结得出来的，虽然没有到超纳，晶粒少于十个纳米，这个二三十个纳米，外围包裹了烧结以后的非晶陶瓷，双相陶瓷，还有一部分是微孔，这种结构第一在力学性能上大幅度提高它的变形能力。第二，我们正在做的有可能成为催化的结构，因为它有很多的纳米孔。4D打印陶瓷最主要的我设计前驱体的时候，设计一些可以旋转的连接点，这些连接点是未来我们可以产生变形，产生复杂形状的陶瓷，这个打印在一个基体上，这个基体加了预应变，加了不同的预应变，我产生出来的旋转就不同。我在这个加了变形的基体上再打印，打印完应变松驰，两个加的应变不一样，出来的陶瓷结构不一样。 
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