自癒材料新概念 4D打印技術來了!

編譯/高晟鈞

相信大家對於3D打印技術都不陌生,但隨著科技的進步,對於材料的要求與需求越來越高;馬德里卡洛斯三世大學的研究人員已經在著手進行4D打印技術的開發。

自癒材料新概念 4D打印技術來了!示意圖/123RF

4D打印技術是建立在3D打印上的技術,通過對材料的響應進行編成,使其可以感應到外部磁場的變化,並進行相應的形狀變化;又或者,在不同機械壓力下,改變其電性能的特性。這種技術將對智能傳感器、機器人和生醫工程等領域有著重大的影響。

其中一位研究人員Daniel Garcia González解釋到:「這項技術專注於多功能軟性設備的開發,由可以模仿具有皮膚或大腦等生物組織性能的材料組成。它可以在通過外部刺激(電流和磁場)驅動時,改變其物理特性和幾何形狀。

這種類型的打印技術相當複雜,因為打印過程中的材料會從液體變成固體,而如何使這種材料在經過打印機噴嘴時可以充分呈現液態,但又同時堅固能保持特定形狀是相當困難的。

最終,利用4D打印技術,研究人員開發出了一種稱為「自癒材料」的材料概念。這種材料由嵌入了許多磁性顆粒的軟聚合物組成,可以在不需要外部作用的情況下自我修復。簡單來說,就像是材料中分布了許多小磁鐵,若是材料破裂,這些碎片可以藉由磁力重新聚集在一起。

這種具有自癒能力且具有良好導電性的材料,為生醫領域和軟性傳感器的領域開闢了巨大的潛力。生醫領域方面,利用這種材料,研究人員開發了「智能基質」,可以將機械力和信號傳遞給細胞,並影響其增殖或遷移等生理現象。

另外,這種材料也可以開發由磁場控制的機器人,通過導電率的變化收集我們需要的信息,例如:想像如果我們膝蓋受傷,而我們需要將其關節的旋轉控制在一個範圍內,我們可以在關節中加入一塊「自癒材料」。這樣,當膝蓋的旋轉範圍超過了閾值,材料會斷裂,並提供我們警告信號;而當膝蓋恢復到放鬆狀態時,材料能自我修復,並重複這段過程直到膝蓋痊癒。

資料來源:TechXplore

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