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科学家借3D打印研发4D材料制造分子机器

科学家借3D打印研发4D材料制造分子机器

近日,美国达特茅斯学院的ChenfengKe博士及其实验室用轮烷类化合物研发出有一种极强的智能材料,并利用3D打印机技术,使之沦为一种纳米级的聚合物晶格立方体。这种4D材料能高举15倍于自身重量的物体,应用于前景辽阔。轮烷类化合物是哑铃状分子,需要将光、冷等形式的输出能量转化成为分子运动。换句话说,它们不会对外部性刺激做出移动反应。它们也被称作纳米机器。美国达特茅斯学院的ChenfengKe博士及其实验室用轮烷类化合物研发出有一种极强的智能材料。通过3D打印机这些纳米级分子,他们建构出有这一种纳米级的聚合物晶格立方体,能高举15倍自身重量,这相等于一个人高举一辆汽车。“我们的设计是基于一个被普遍研究的分子族——聚轮烷,”Ke博士说明说道,“它们在一个分子轴上有多个的环。在我们的新材料中,这些环是一种环状糖,而分子轴则是一种聚合物。如果我们获取一个外部性刺激,如煮沸,这些原本随便往返来回的环可以互相黏合,构成一个管状阵列。当这种情况再次发生时,分子的刚性不会被转变。这就像许多滑动的珠子被穿着在一条绳上,从而让绳子牢固得像一根杆。”Ke博士及其团队的目标就是指数十亿个与水融合在一起的分子中建构一种聚合物。他说道,让轮烷类化合物工作的难题在于,当这些纳米机器随机倾向时,它们的环运动互相抵销,从而使其在宏观尺度上毫无用处。然而,3D打印机它们使得研究人员可以掌控它们的运动。“通过统合3D打印机技术,我们能将这些纳米级的环的随机来回运动转化成为可在宏观尺度上工作的智能材料,”Ke博士之后说明说道,“将分子全部按准确的方向排序可缩放其运动。当我们煮沸时,聚轮烷的环通过氢键硬在一起。随后,管状阵列以一种更加有序的方式填充在一起。

科学家借3D打印研发4D材料制造分子机器

”“当它们正处于这种结构时,分子协商显得更容易。在这种基础上,我们顺利打印机出有晶格状的3D结构。”一旦结构打印机出来,Ke博士的团队烧结它们,然后让它们工作。由于具有中空的格子结构,这些3D打印机立方体很更容易变形和改建。通过用于一种溶剂作为催化剂,团队能随便转换分子的环结构的运动状态,从随便来回到惯性,再行新的返回随便来回。外行的众说纷纭是,通过加到和除去一种溶剂,他们能让立方体收缩,从而高举一个物体,然后再行让立方体还原成到最初形状。研究人员用这种3D打印机立方体高举了一个1.6毫米的小硬币,虽然听得一起微不足道,但Ke博士说道,这对让纳米机器在宏观上工作来说毕竟众多变革。“我们期望科学家能用这种3D打印机立方体来更进一步研发智能材料和设备,”他总结说道,“例如,通过为这种下降运动重新加入膨胀和变形,这些分子机器可被用于柔性机器人,来继续执行类似于人类才能已完成的简单任务。