《Materials & Design》:4D打印机械超材料的可调热传递机制

【概要描述】

分类：行业动态
发布时间：2023-05-26 16:33
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2023年5月11日，美国加州大学机械与航空工程系与多家单位的研究人员在《Materials & Design》上发表题为Tunable thermal transport in 4D printed mechanical metamaterials的研究论文，报道了4D打印形状记忆聚合物机械超材料所具有的独特的变形和形状可恢复机制，所构建的三维架构实现了可调的热性能，可作为一种新型的热开关。

原文链接：

//doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111992

研究简介

本文提出了一个采用4d打印形状记忆聚合物的主动热控制系统，并展示了不同的变形机制如何使用拉伸和弯曲主导的架构实现独特的、可调的热性能。不同温度和压缩设置下的红外热像测量结果表明，在低应变下，随着应变的增加，辐射驱动有效电导增加，支板之间的视因子增加；在高应变下，随着支板间接触面积的增加，传导驱动有效电导增加。随着应变从0%增加到约70%，开尔文泡沫和八元桁架微晶格的有效热导率分别从4:41mW=K增加到14:52mW=K和3:23mW=K增加到10:48 mw =K。

当应变调整时，拉伸为主的八联体桁架结构由于屈曲而表现出形状和电导率的突变。弯曲主导的开尔文泡沫结构允许逐渐的几何变化和热导的精确调谐。这些发现提供了对3D打印超材料热传递现象的新认识，这或将是可调热系统的一个突破。

研究内容解读

本文研究了利用投影微立体光刻技术(PuSL)制造的机械超材料中与压缩和结构相关的热输运的热可调性。通过使用增材制造和形状记忆聚合物作为制造材料，创建了4D打印热可调架构。此外，进一步开发了一个宏观尺度模型，利用几何因子和体积分数来描述开尔文泡沫结构中的导热传热。最后，展示了开尔文泡沫和八柱桁架结构的形状可逆性，以突出这些开放泡沫结构通过控制其导热性的潜在热开关应用。