作者:密歇根理工大学Kelley Christensen
拉伸试验用三维印刷狗骨形纳米复合材料样品
信用:马苏德·卡斯雷 一种新的可3D打印的聚合物纳米复合油墨具有令人难以置信的性能，在航空航天、医药和电子领域有许多应用
密歇根技术大学的机械工程研究人员发明了一种制造3D可打印纳米复合聚合物油墨的方法，该油墨使用碳纳米管——以其高拉伸强度和轻质而闻名
这种革命性的墨水可能会取代环氧树脂——理解为什么它的特性如此奇妙是它走向大规模使用的第一步
3D打印，也称为添加制造，比铸造更通用和高效
它添加了一种精确的材料，通常是复杂的几何形状，需要切除的多余部分要少得多
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，使3D打印材料能够适应外部刺激，从而赋予它们电导和热导、磁性和电化学存储等特性
但是使用塑料、金属或其他东西进行3D打印并不新鲜
Tech的研究人员所做的不同之处在于使用了聚合物纳米复合材料(由环氧树脂、碳纳米管和纳米粘土制成)和不牺牲功能的印刷工艺
聚合物纳米复合油墨中材料类型和形态(尺寸、形状、结构)的结合是满足功能的最终形式
探索聚合油墨的工艺、形态和性能是最近发表在《添加剂制造》杂志上的一篇文章的主题，作者是探索材料、力学和医学界面的工程师帕里萨·普尔·沙希·赛义德·阿巴迪和研究生马苏德·卡斯雷
阿巴迪和卡斯雷指出，在研究人员可以使用聚合墨水冲刺比赛之前，他们必须先学会走路
第一步是挖掘宏观尺度(我们的眼睛如何看到一种材料的表现)和纳米尺度(我们看不到，但知道正在发生的事情)的交集
在市场份额之前建立理解 阿巴迪指出，虽然聚合物纳米复合材料和3D打印产品和服务都有十亿美元的市场价值，但纳米材料3D打印的市场价值只有大约4300万美元
聚合物等离子体蚀刻后使用电子显微镜显示的纳米材料在3D打印方向上的排列
信用:马苏德·卡斯雷 阿巴迪说:“为了国家繁荣和保持全球制造业的领先地位，需要缩小3D打印和纳米材料的现实应用与纳米材料3D打印之间的差距。”
“之所以存在差距，是因为在3D打印过程中缺乏对纳米复合材料性能的控制，因为我们没有完全理解过程-形态-性能之间的关系
" 瓶颈在于理解3D打印过程的宏观力学和纳米复合材料的纳米力学和物理之间的复杂相互作用
Abadi和Kasraie的研究试图通过探索纳米复合印刷油墨中3D印刷工艺参数和纳米材料形态学之间的关系来缓解瓶颈，这是最重要但探索最少的一块拼图
纳米材料墨水的诸多优点 超越纳米复合油墨的科学，这种材料因其多种功能而大有希望
3D打印的一个优点是几乎完全控制了最终产品的形状
阿巴迪和卡斯雷的纳米材料墨水的导电性是一个特别方便的特性，这使得印刷环氧树脂有可能兼作电线——无论是在电路板、飞机机翼还是用于引导血管导管的3D印刷致动器中
纳米复合聚合物油墨的另一个有用特性是其强度
“与钢和铝相比，我们看到相同强度的环氧复合材料重量减轻了80%。”Kasraie说
最后，在医疗领域、航空航天和电子工业中，缺陷和损坏会带来大麻烦，纳米复合材料具有安全功能
阿巴迪说:“当某物断裂时，微小的裂纹从微小的缺陷开始，一直发展到破坏整个结构。”
“纳米复合材料的特点是在裂缝中搭建桥梁，不让裂缝生长
这是碳纳米管增加材料机械强度的机制之一
" 性能重量比、导电性、增加的强度和易于应用只是聚合物纳米复合材料油墨可能取代传统环氧树脂的众多有前途的原因中的几个
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