分子材料用于许多消费品，如手机、手表和仪器。现在，弗吉尼亚理工大学的科学家们已经找到了一种三维打印压电材料的方法，这样压电材料就不会受到形状或尺寸的限制。
小雨全片的郑,工程学院的机械工程助理教授,和大分子创新研究所的一员,和他的团队开发了3 d打印压电材料的方法,可以专门设计的转换运动,从任何方向电能的影响和压力。
压电材料只有几种特定的形状，由易碎的晶体和陶瓷制成，这种材料需要洁净室才能制造。郑的团队开发了一种3D打印这些材料的技术，因此它们不受形状或大小的限制。该材料还可以激活，为触觉传感、冲击和振动监测、能量收集和其他应用提供下一代智能基础设施和智能材料。
压电材料最初发现于19世纪。从那时起，制造技术的进步导致了对洁净室的要求，以及在加工后生产连接到电子设备的薄膜和块的复杂程序。昂贵的工艺和材料固有的脆性限制了材料潜力最大化的能力。
郑的团队开发了一个模型，允许他们操纵和设计任意压电常数，通过一组3D可打印拓扑结构，使材料产生电荷运动，以响应来自任何方向的输入力和振动。与传统压电体不同，传统压电体的电荷运动是由固有晶体描述，新方法允许用户规定和编程电压响应在任何方向放大、反转或抑制。
郑说:“我们已经开发了一种设计方法和打印平台，可以自由地设计压电材料的灵敏度和操作模式。”“通过对三维主动拓扑进行编程，你可以在一种材料中实现几乎任何压电系数的组合，并将它们用作传感器和传感器，不仅灵活和强大，还可以通过电子信号来告诉位置，对压力、振动和冲击做出响应，在这些材料的任何位置的影响的大小和方向。”
三维特征
当前压电制造中的一个因素是使用的天然晶体。在原子水平上，原子的方向是固定的。郑的团队已经制造出一种替代品，它模仿水晶，但允许通过设计改变晶格方向。
“我们已经合成了一类高灵敏度的压电油墨，可以用紫外线雕刻成复杂的三维特征。这种墨水含有高度集中的压电纳米晶体，与紫外线敏感凝胶结合，形成一种溶液——一种像融化的晶体一样的乳白色混合物——我们用高分辨率数码光3D打印机打印出来，”郑说。
该团队展示了3D打印材料，其尺寸相当于人类头发直径的几倍。郑说:“我们可以对建筑进行调整，使其更灵活，并将其用作能源收集设备，将其环绕在任意弯曲的地方。”“我们可以让它们变厚、变轻、变硬或吸收能量。”下面的视频展示了这个过程。
这种材料的灵敏度是柔性压电聚合物的5倍。这种材料的硬度和形状可以调整，可以做成类似薄纱条的薄片，也可以做成坚硬的块状。郑说:“我们有一个团队将它们制成可穿戴设备，如戒指、鞋垫，并将它们装入拳击手套，这样我们就能记录冲击力并监测用户的健康状况。”
宾夕法尼亚州立大学研究副副总裁、前弗吉尼亚理工大学机械工程教授Shashank Priya说：“获得所需机械、电气和热性能的能力将大大减少开发实用材料所需的时间和精力。”。
新的应用程序
该团队已经打印并展示了包裹在弯曲表面的智能材料，佩戴在手和手指上，以转换运动，并获取机械能，但其应用远远超出可穿戴设备和消费电子产品。郑认为这项技术是向机器人技术、能量收集、触觉感知和智能基础设施的一次飞跃。在智能基础设施中，一种完全由压电材料制成的结构，可以感知冲击、振动和运动，并对其进行监测和定位。研究小组已经打印出了一座小型智能桥，以证明它的适用性，既能感知坠落撞击的位置和大小，又足够坚固，能吸收撞击能量。该团队还演示了智能传感器的应用，该传感器可以将水下振动信号转换为电压。
“传统上，如果你想监测一个结构的内部强度，你需要在整个结构上放置许多独立的传感器，每个传感器都有一些引线和连接器，”郑的博士生崔华臣(Huachen Cui)说天然材料纸。“在这里，结构本身就是传感器——它可以监控自己。”
根据以下文件提交：3D打印•附加制造•立体光刻,技术+产品,能源管理+收获,材料•先进
