斯坦福大學(xué)工程師用3D打印技術(shù)制造出數(shù)以萬計特殊形狀的納米粒子

美國斯坦福大學(xué)的材料工程師利用三維打印技術(shù)制造出了數(shù)以萬計的難以制造的納米粒子，這些納米粒子有望開發(fā)出能夠瞬間改變形狀的新材料。

斯坦福大學(xué)機械工程助理教授溫迪·顧在介紹她發(fā)表在《自然·通訊》雜志上的最新論文時說：“由納米球軸承構(gòu)成的晶體與由納米骰子構(gòu)成的晶體的排列方式不同，這些排列方式將產(chǎn)生截然不同的物理性質(zhì)。我們利用三維納米打印技術(shù)制造出了已知最有前景的形狀之一——阿基米德截頂四面體（ATT）。它們是尖端被削掉的微米級四面體”。

在這篇論文中，溫迪·顧教授和她的合著者描述了他們?nèi)绾渭{米打印出數(shù)以萬計的這種具有挑戰(zhàn)性的納米粒子，將它們攪拌到溶液中，然后觀察它們?nèi)绾巫晕医M裝成各種有前景的晶體結(jié)構(gòu)。更重要的是，只需將這些粒子重新排列成新的幾何圖案，這些材料就能在幾分鐘內(nèi)實現(xiàn)不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。

這種改變“相位”的能力，材料工程師將其稱為“變形”特性，類似于將鋼變回鐵的原子重新排列，也類似于使計算機能夠以數(shù)字形式存儲TB級寶貴數(shù)據(jù)的材料。

溫迪·顧教授說：“如果我們能學(xué)會控制由這些ATT制成的材料中的這些相移，就能引領(lǐng)許多有前景的工程方向?！?/p>

長期以來，人們一直認為ATT是最理想的幾何形狀之一，可用于生產(chǎn)易于改變相位的材料，但直到最近，這種材料的制造仍具有挑戰(zhàn)性，在計算機模擬中可以預(yù)測，但在現(xiàn)實世界中卻很難再現(xiàn)。

溫迪·顧教授很快指出，她的團隊并不是第一個大量生產(chǎn)納米級ATT的團隊，但他們是第一批使用三維納米打印技術(shù)實現(xiàn)這一目標的團隊之一。

“利用三維納米打印技術(shù)，我們幾乎可以制造出任何想要的形狀。我們可以非常小心地控制粒子的形狀。”溫迪·顧教授解釋說，“通過模擬預(yù)測，這種特殊形狀可以形成非常有趣的結(jié)構(gòu)。當你能以各種方式將它們組合在一起時，它們就會產(chǎn)生有價值的物理特性。”

ATT至少形成兩種非常理想的幾何結(jié)構(gòu)。第一種是六邊形圖案，其中的四面體平放在基底上，截斷的頂端朝上，就像一座納米級山脈。溫迪·顧教授表示第二種可能更有前景。它是一種準金剛石晶體結(jié)構(gòu)，其中的四面體在朝上和朝下的方向上交替排列，就像雞蛋放在雞蛋盒里一樣。這種金剛石排列方式被認為是光子學(xué)界的“圣杯”，可以引領(lǐng)許多新的有趣的科學(xué)方向。

最重要的是，如果設(shè)計得當，未來由三維打印顆粒制成的材料可以快速重新排列，在應(yīng)用磁場、電流、熱量或其他工程方法的情況下，很容易在不同階段之間來回切換。

溫迪·顧教授表示太陽能電池板的涂層可以全天變化，以最大限度地提高能效；飛機機翼和窗戶可以使用新時代的疏水薄膜，這意味著它們永遠不會起霧或結(jié)冰；還有新型計算機內(nèi)存。這樣的設(shè)想不勝枚舉。

“現(xiàn)在，我們正在努力使這些粒子具有磁性， 以控制它們的行為方式?！睖氐稀ゎ櫧淌谡劦剿呀?jīng)在進行的最新研究時說，她正在以新的方式使用ATT納米粒子。各種可能性才剛剛開始探索。（綜合整理報道）（策劃/羅媛）