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  冷劲松:形状时时彩APP必赢彩票软件记忆聚合物材料及其4D打印机遇、挑战及应用时时彩APP必赢彩票软件:非常感谢组委会以及工信部领导的邀请,来做这个报告,我是哈尔滨工业大学冷劲松。我给大家汇报的题目是形状记忆聚合物材料及其4D打印。跟前面几位老师院士不一样,我们这个材料是能变形的材料……

  国际复合材料委员会副主席、欧洲科学与艺术院院士、长江学者教授冷劲松

  冷劲松:非常感谢组委会以及工信部领导的邀请,来做这个报告,我是哈尔滨工业大学冷劲松。

  我给大家汇报的题目是形状记忆聚合物材料及其4D打印。跟前面几位老师院士不一样,我们这个材料是能变形的材料。

  首先汇报一下智能材料。什么是智能材料?智能料是指能够对外界环境响应并且主动变形的材料,除了有母体材料、传感信息材料还有驱动材料,也就是说环境变化传感器能够对它进行感知,有驱动器对它进行驱动,同时融合信息控制。实际上智能材料和结构,是一个智能自主系统,里面包括传感器、驱动器,还包括人工智能信息处理系统,当然母体材料什么材料都可以。

  我的汇报分三个部分:第一部分是形状记忆聚合物及其应用,第二部分是4D打印,第三部分是展望。

  形状记忆聚合物,它跟金属不一样,是一种高分子材料,它是一种能变形的智能材料,是驱动材料。

  (PPT图示)这是它的原理,初始状态它是直的,当你加热超过转变温度情况下这个材料变得很软,你可以加外力,这个状态加不了外力,它是硬的。加了外力之后变成这个材料,这个材料就固定住了,当你再加热之后这个材料恢复到初始状态。所以这个材料有两个特点,一个是变形,从这个材料恢复到这个材料,恢复率99%点多。比如这个花打印出来,初始状态是张开的状态,当你加热变软了卷起来之后,把力撤掉了就变成了这样一个花。当你再加热超过转化温度了,就会变成初始状态,也就是这个花会开。这个初始状态和中间状态,和最初状态都是硬的,什么时候软的呢?变形的时候是软的。

  (PPT图示)这是它的变刚特性,这个材料低于转变温度下很硬,高于这个状态是橡胶态,是软的。当材料低于转变温度情况下很硬,是一个硬材料,它的弹性量很高,变形很小,当你加温这个材料会变得很软,会变成软材料,也就是说这个材料的软硬能随着外界的温度或者热磁光电相变成,也就是这个材料能变形和变软硬、刚度。

  有了这个聚合物可以做成复合材料,一个是加上碳纤维,加上不同的增强颗粒,可以提高它的力学强度。第二是加不同的导电颗粒、导磁颗粒等等就可以让它变形。我们学校从06年开始做形状记忆聚合物,这一切都是热固性的,转变温度比较高,最高300度,意味着不加热到300度不会变形,加热到300度会变形,这些都是热塑性的。

  (PPT图示)有了聚合物可以做很多东西,有了聚合物可以做成复合材料,也可以做成泡沫,这是我们做的泡沫,初始状态3厘米,加热变软了压一个小饼,这时候把热力去掉热力不会开,再加热会回到原来3厘米的状态。可以有很多方法来驱动,最简单的是电驱动,这个方向我们发了很多文章。我们可以用短纤维、碳纤维、镍粉、碳纳米管都可以,因为导电就会变热,就可以驱动,可以加磁、微光、溶液,也可以用液体控制材料值,来让它变形。放在磁场里面它自己变形,放在热里面也会变形,放到光也可以变形。我们可以单个激励它,也可以组合激励它。这里有三片东西,黑白黑,加磁场的时候只有黑的变,我加射频的时候下面的变形,我加热的时候中间会变形,可以控制不同的激励让它变形,选择性激励它。 也可以做成自修复材料,比如这个材料有一个裂纹,一加热裂纹消失了,就像人为什么能皮肤愈合,因为有血小板。我们这个材料除了能变形还可以修复。

  未来的空间结构,这个材料本身状态是硬的,锁住的,当加热会变软,会打开,所以用它可以展开太阳能的帆板。我们做了实验,太阳能的帆板,门板靠材料打开,就是太阳能帆板。06年17号卫星做过验证,后续还会做其他验证。未来太阳能电池我们希望是软的,硬的太大,不好折叠。可是软的也有问题,刚度小,能够折叠,硬的可以折叠,怎么办呢?我们用这个材料把太阳能光磁板放在上面。比如初始状态把太阳能材料锁紧,一加热可以张开。这个讲法是08年奥运会张艺谋做的那个画而来的。你也可以展开太阳能反射镜,空间结构用它都可以展开,加热、变形、展开、刚化。也可以做一些锁紧机构,就像我的手,两个手靠在一块,一加热钩子变平了,直了,就可以打开,这是一个小卫星,勾住它就开不了,你想让它开的时候加热直了弹簧就可以弹开,所以可以做锁紧释放机构。比如两个手扣在一块打不开,一加热就可以打开。

  中国2020年会发火星探测器,飞7个月到火星。我们希望给火星安一个转体结构,加热会打开,上面安一个相机,照自己,俗话说我们给火星探测器安一个自拍杆,是用材料变形伸出一个杆。

  未来还可以做模具制造,这是一个复合材料缠绕的机构,两边细中间粗,材料怎么拿出来?传统方法把水溶性石膏熔化了,我们这个方法是加热变细了就可以拿出来,就是变形的心膜。我们做了模具以后一加热,变细了、软了就可以拿出来,越飞机的心膜越合适,能变软也可以变小。我们用这个材料还可以做骨膜,这个材料可以加热变软,可以训练,当你动完之后把热去掉它又固定住了,加热变软了手指头一扣就锁住了,等到了医生那里再加热就可以打开了,可以打印,做骨折固定装置。

  (PPT图示)这是我们学生做的,是一个衣服,湿度很敏感,湿度一敏感就会开一个小口,你就会感到凉快了,你可以做衣服,也可以做空调,做百叶窗。

  下面介绍一下4D打印,实际上4D打印是3D打印的延伸,增加了一个纬度,1D、2D、3D,4D就是立体的,什么是4D呢?4D就是加了一个时间纬度,根据时间能够改变形状、改变特性、改变软硬、改变颜色,这都叫一维,我都叫4D,打印之后这个东西能变形。比如衣服,女士的裙子,4D打印之后可以控制形状的变化,就不会产生撞衫。4D是动的,可以变形,用什么材料变形可以选择。打印方法有很多,各位老师都知道,有熔融的、立体光刻的,包括激光纸写的,这些方法都可以做成4D打印。

  我们学校最近这几年做了很多打印的线D打印线直径一样,不一样的是我们打完这个线能够变形。比如可以用热控制它、电控制它、磁控制它,不同的打印机都可以控制,不同的激励方式让它变形。这是很便宜的几千块钱的熔融机,加热就可以变形,当然你可以通过电变形,也可以加磁场控制它变形。

  (PPT图示)这是打印一个桥,一加热展开了就是一个桥,打什么都可以。

  (PPT图示)这是鸟巢,但光看这个不知道是什么东西,所以靠形状识别物体的时代要过去了,因为形状会变化。

  未来心脏血管支架也可以用这个方法来打印,打印之后可以让它张开,在磁场作用下可以张开。跟其他心脏支架相比不一样,可以降解,可以控制6-8个月让它降解。高分子复合材料有一个特点,可以控制它降解的速度,医学研究表明,心血管支架在人体里面6-7个月之后就不需要了,因为这个血管长好了。可是金属支架不但拿不出来,降解困难,而且长时间还要离子吸储,还要再长斑块。所以我们现在做的这种支架能够控制磁场,能吸收,可以控制降解时间。我们可以控制打印一个支架,加热,通过磁场可以开开,6-7个月可以降解。

  (PPT图示)这是我们做的心脏封堵器。我们现在做的这个可以控制它的降解时间,因为小孩长的过程中金属膜跟心脏不能一起长,所以非常痛苦。也可以做靶向治疗,比如我有一个药丸,里面有一些胶囊,我们定点精准的释放,包括用泡沫也可以。比如癌症细胞,我们靠泡沫变形可以挤压癌细胞,或者代谢药物在上面做释放,特点一个是能降解,一个是可以定点靶向治疗。我们可以编程做一个结构,你可以做一个小盒子自己列出来,可编程、可重构。也可以打印一些折纸结构。还可以打一些天线,我们用折纸结构也可以打天线,打完之后这个天线是硬的,加热、加磁场它就会打开。

  智能材料变形结构未来会融入我们的生活,从汽车到飞机,从微米到纳米,小尺寸的也可以变,大尺寸的也可以。

  (PPT图示)左边这个录像是宝马公司的变形汽车概念图,现在它们也在跟我们合作,希望我们给它做变形概念车。这是变形飞机。我们希望未来智能变形结构,当然不一定非要增材制造,不一定需要打印,但是有的特殊结构,定制化的需要打印,这个未来会无处不在。

  智能材料受到高度重视,我们国家从《中长期科技发展规划纲要》、《2025》以及《“十三五”产业发展指南》都列入了智能材料。

  樵夫难为无米之炊,智能材料未来能监测、自修复、自适应,是智能自主系统的重要物质基础。未来智能材料与信息处理、控制等融合,形成具有自主管理、自主执行任务的智能自主系统。形状记忆的聚合物复合材料及其4D打印结构,将广泛应用于航天、航空、生物医疗、汽车,包括柔性电子,包括手机,因为手机目前已经出现0.8毫米的了,谷歌和西门子都出软手机了,手机软不是目的,因为太软了你也不能控制它,我们的想法是能控制它,能让它自己开,太软也不行,不能承载。所以我们希望未来的材料第一能控制变形,第二是刚柔兼并,软硬兼施,都能做到。

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