澳大利亚研制出新型水凝胶 满足“4D打印”需求
- 2015-05-14 14:05:252128
澳大利亚卧龙岗大学的科研人员们开发出一款兼容3D打印机的水凝胶，这款水凝胶材质坚劲，而且能根据水温不断改变形状。这些科学家们通过3D打印一个自动水阀展示了这项技术，另外，这款材料还能用来制作柔软的机器人，定制设计传感器，以及自主组装宏观结构。
所谓“4D打印”的目的是增材制造扩展至时间上的维度。该理念是通过使用对热量、水或者压力敏感的特殊材质来制作3D打印物品，这些物品即使从打印机中出来很久了，还能依据环境情况用非常具体、有目的的方式自动改变形状。在某些情况下，有些物品甚至能恢复到它们原来的形状。
4D打印的例子包括烘烤时能简单自组装的物品，能根据水、热量或者压力弯曲成型的聚合物，以及受自组装纳米结构启发的智能绳索。不过，无可否认的是，4D打印目前的阶段距离实用阶段还非常远，但这项技术非常年轻，而且很可能会取得重大进步，就像3D打印一样。
据hetPanhuis以及团队里的Marc教授称，目前4D打印应用能让物品在形状上有剧烈的改变，但通常都需要较长的反应时间，而随着这些材料弯曲，它们会失去机械强度，此外只要达到某一点，形状改变才可逆。因此，科学家们开发出一款特殊的水凝胶，这款水凝胶能依据水温的改变生成快速、可逆以及机械性可靠的改变。
研究人员创造出一款使用坚硬离子共价纠缠（ICE）凝胶的材质作为活性物质，浓度达20%。ICE凝胶包含两种依靠交联离子与共价化学键的聚合物网络。这个独特的结构让材质更坚硬，而且可预防结构内的微观裂缝，避免灾难性的机械故障。
超过35C（95F）的临界温度，凝胶就会迅速失去大部分的含水量，大约为50%。Panhuis以及同事们把这一现象作为3D打印的一个阀门，当遇到热水时，它就会关闭，把99%的水分锁住，当水温下降时，它就会打开。跟标准3D打印材质不一样的是，这款凝胶变体时无需人为干涉，而且无需费力就能反复开关。
虽然这项技术仍处于初始阶段，但像这样的可变形材料（不管是遇水、遇热或者压力而变形）在建筑中可能会巨大进步，在一些环境，例如外太空里，很轻易就能组装材料，而无需依靠人类或者是昂贵的精制机器人。此外，如果未来的3D打印进化到分子层面，那么医学应用方面可能会得到真正的革新。