Нові пєзоелектричні матеріали, надруковані на 3D-принтері, можуть приймати будь-яку форму

0
36

У сімействі п’єзоелектричних матеріалів, використовуваних буквально скрізь — починаючи від мобільних телефонів і закінчуючи музичними листівками — можливо поповнення, завдяки результатам роботи, обговорюваної в мережевому журналі Nature.
Підпис до зображення: Надрукований на 3D-принтері лист «розумного» п’єзоелектричного матеріалу

Доцент кафедри машинобудування Інженерного коледжу Сяо Жень і його команда розробили метод тривимірної друку п’єзоелектричних матеріалів, які можуть знайти практичне застосування у перетворенні руху, ударів і розтягувань в будь-якому напрямку в електроенергію.
В даний час п’єзоелектричні матеріали виготовляються тільки в кількох формах з крихких кристалів і кераміки, а технологічний процес вимагає забезпечення високих вимог по чистоті.
Команда дослідників розробила технологічний процес 3D-друку цих матеріалів, і тепер їх розмір і форма не мають обмежень. Також матеріал може бути активований, що відкриває шлях для нового покоління «розумних» матеріалів, що володіють тактильної сприйнятливістю, здатністю відстеження ударів і вібрації, накопичення електроенергії та іншого.
Вільний проектування п’єзоелементів
П’єзоелектричні матеріали відкриті в 19 столітті, з тих пір прогрес в технології виробництва призвів до необхідності наявності «чистої кімнати» і складного техпроцесу, що укупі з дорожнечею і крихкістю матеріалів обмежило їх потенціал.
Вчені розробили модель, що дозволила їм маніпулювати і створювати довільні п’єзоелектричні константи, результатом чого стало створення матеріалів, у яких у відповідь на докладене зусилля і вібрацію з будь-якого напряму, за допомогою роздрукованої на 3D-принтері топології, виникає рух електричного заряду. На відміну від звичайних п’єзоелементів, в яких електричний заряд передбачувано рухається у внутрішніх кристалах, новий метод дозволяє споживачам «програмувати» відповідні реакції електрорушійної сили, яка може бути збільшена, розгорнута у зворотний бік або знижена в будь-яких напрямках.
Тривимірна друк п’єзоелементів, датчиків і перетворювачів
Одним з найважливіших чинників сучасного виробництва п’єзоелементів є використання природних кристалів. На атомному рівні орієнтованість атомів фіксована. Вчені створили аналог, подібний кристалу, однак, що дає можливість змінювати орієнтованість кристалічної решітки в залежності від конструкції.
Вчені синтезували клас високочутливих п’єзоелектричних чорнила, які можливо перетворювати в складні тривимірні об’єкти за допомогою ультрафіолетового світла. Чорнило містять висококонцентровані п’єзоелектричні нанокристали, пов’язані з гелями, чутливими до ультрафіолету, утворюють розчин – «молочну суміш», подібну до розплавленого кристалу, за допомогою якої здійснюється друк на цифровому світловому 3D-принтер з високою роздільною здатністю.
Команда продемонструвала матеріали, роздруковані на 3D-принтері в масштабі, що вимірюється частками діаметра людського волосся. Ці матеріали можна робити більш гнучкими, адаптуючи їх архітектуру, що дозволить використовувати їх в якості накопичувачів енергії, при цьому надаючи їх поверхні будь-яку кривизну. Чутливість цих матеріалів в 5 разів вище, ніж у гнучких п’єзоелектричних полімерів. Твердість і пластичність матеріалів дозволяє виробляти їх хоч у вигляді тонких «марлевих» полотен, або у вигляді твердих «цеглин».

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here