據(jù)GizMag科技新聞網(wǎng)7月5日報道，選擇合適的材料用于相應的目的往往是很棘手的問題，需要在妥協(xié)中獲得最優(yōu)匹配。阿聯(lián)酋馬斯達爾理工學院近期在材料定制化3D打印領(lǐng)域取得重大進展，或?qū)⒁鸩牧显O(shè)計與3D打印高性能材料的重大變革。
不同于以往創(chuàng)造全新材料的研究模式，馬斯達爾理工學院研究團隊通過改變已知的塑料、金屬、陶瓷、復合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來獲得特定用途下的特定性能。徹底地調(diào)整材料結(jié)構(gòu)可使科學家以獨特的方式控制材料的機械性能、熱性能和電氣性能，甚至可以改變材料一些特定的性能趨勢。
例如，密度和強度是材料兩個緊密相關(guān)的性能。像金屬和合金等高強材料往往具有高密度，而泡沫和其他輕質(zhì)復合材料通常強度較低。然而，改變材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過構(gòu)造高強度中空結(jié)構(gòu)，可令材料同時獲得高強度和低密度。這與通過金屬支柱排列，使埃菲爾鐵塔獲得超高強結(jié)構(gòu)的原理相同，盡管鐵塔結(jié)構(gòu)中90%為空氣。
科學家們構(gòu)建了計算機模型，可為給定材料生成上萬個的幾何結(jié)構(gòu)排布，或稱為“材料結(jié)構(gòu)泡沫”。每個設(shè)計結(jié)構(gòu)可使材料具備不同的熱，電和機械性能。更重要的是，該模型可以定向到找到適合某個用途最優(yōu)性能的材料結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。
材料結(jié)構(gòu)設(shè)計非常復雜，無法通過常規(guī)的制造方法獲得。幸運的是，科技的進步使得能夠通過3D打印獲得特定的材料結(jié)構(gòu)，即使在某些情況下，材料的結(jié)構(gòu)尺度為納米級。
據(jù)研究人員介紹，通過3D打印將指定的性能引入材料之中，并將其制造出來，這種技術(shù)將顛覆未來的材料設(shè)計。
當前，材料設(shè)計通常依據(jù)材料特有的化學性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及相應的特性，而馬斯達爾理工學院的研究成果將直接著眼于目標產(chǎn)品應用材料所需的屬性，然后應用新型設(shè)計方法，優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)和內(nèi)部幾何構(gòu)型，以構(gòu)造所需的性能。
這項研究結(jié)合了材料計算技術(shù)和實驗技術(shù)，其計算模型可以預測通過3D打印獲得的納米復合材料的性能。該技術(shù)可用于從航空航天工業(yè)，制造輕質(zhì)高強納米工程材料；還可以利用其構(gòu)建多孔材料的優(yōu)勢，用于海水淡化或氣體過濾。
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