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2021-09-28
3D打印的纳米复合材料拉伸试验样品。图片来源：Masoud Kasraie
颗粒在线讯：美国密歇根理工大学的机械工程研究人员发明了利用碳纳米管制作3D打印纳米复合聚合物墨水的方法。碳纳米管以其高拉伸强度和轻度闻名，这种革命性的墨水可以取代环氧树脂。
3D打印也被称为增材制造，比铸造更加通用和高效。它可以在复杂的几何形状中精确添加一种材料，大大减少多余的切割。添加低维纳米材料，如碳纳米管、石墨烯、金属纳米粒子和量子点，可以使3D打印材料适应外部刺激，具有电导率和热导率、磁性和电化学存储等特性。
使用塑料、金属或其他材料的3D打印并不新鲜。这项研究的不同之处是使用聚合物纳米复合材料（由环氧树脂、碳纳米管和纳米黏土制成）和不牺牲功能的打印过程。在聚合物纳米复合墨水中，材料类型与形态（尺寸、形状、结构）的结合就是形式与功能的最终结合。
研究材料、力学和医学界面的工程师Parisa Pour Shahid Saeed Abadi和研究生Masoud kasrae最近在《增材制造》杂志发表了一篇文章，探讨聚合物墨水的工艺、形态和性能。
作者表示，因为有许多功能，这种材料超越了纳米复合墨水的科学范畴，有着广阔前景。3D打印的一个优势是几乎可以完全控制最终产品的形状。
新纳米材料墨水的导电性使打印的环氧树脂有可能同时化身为电线——无论是在电路板、飞机机翼，还是在用于引导血管导管的3D打印驱动器上。纳米复合聚合物墨水的另一个有用特性是它的轻度。“与钢和铝相比，我们发现相同强度的环氧复合材料可以减少80%的重量。”kasrae说。
此外，在医疗领域、航空航天和电子行业，缺陷和损坏可能带来大麻烦，纳米复合材料则可以发挥安全功能。“当某样东西断裂时，一条微小的裂缝可能从一个微小的缺陷开始，一直发展到破坏整个结构。”Abadi说，“纳米复合材料可以在这些裂缝中架起桥梁，而不会让其扩大。这是碳纳米管提高材料机械强度的机制之一。”
未来，聚合物纳米复合墨水有望取代传统环氧树脂。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102098
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