《探索 | 3D打印硅橡胶的多尺度表征:中子散射》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: 胡思思
  • 发布时间:2025-04-28
  • 3D打印技术,为硅橡胶提供了实质性的发展优势,例如提高精度、制造复杂结构的能力,以及加速制造过程。

    近日,中国工程物理研究院核物理与化学研究所研究团队,在Review of Materials Research上发表综述文章,首先概述了3D打印技术及其常用材料,特别强调了近年来引入的各种材料,尤其是适用于高性能弹性体的材料,如硅橡胶。

    然后全面分析了3D打印硅橡胶的特点、优势和挑战,包括其加工适应性和成型性能。随后详细讨论了表征技术,包括力学测试、电子显微镜、热分析和散射方法,这些方法用于评估所打印材料的微观结构、力学性能和热稳定性。

    最后,综述探讨了中子散射技术,在研究3D打印硅橡胶中的应用,强调了这些方法如何加深对材料微观结构的理解,特别是在聚合物链构型和分子动力学方面。通过整合最新进展,本综述旨在为3D打印硅橡胶的设计、优化和工业实施提供有价值的参考。

    图1: 增材制造的基本原理

    图2. 硅酮3D打印的原理和实现


  • 原文来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S3050913025000099
相关报告
  • 《探索 | 成像法测量3D打印金属的质量》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2022-03-14
    • 南洋理工大学的研究人员开发了一种快速、低成本的成像方法,可以分析3D打印金属零件的结构,以评估材料的质量。该系统使用一台光学相机、一个光源和一台自主开发的专有机器学习软件的笔记本电脑。相关研究发表在《npj Computational Materials》上。 大多数3D打印金属合金由各种微观晶体组成,它们在形状、大小和原子晶格取向上都不同。将这些信息映射出来,就可以推断出合金的性能,比如强度和韧性。为了分析这种微观结构,通常使用扫描电子显微镜,这是一个昂贵且耗时的过程。这些显微镜本身的价格在7.5万美元到150万美元之间。 图注:NTU 助理教授 Matteo Seita 使用原型成像系统分析一块 3D 打印合金的强度和硬度 另一方面,该团队所提出的方法涉及的硬件成本不到 20,000 美元。 该方法首先用化学物质处理金属表面,以揭示微观结构,然后将样品面向相机放置,当光源从不同方向照亮金属时,相机会拍摄多张图像。 然后,该软件分析由不同金属晶体表面反射的光产生的图案,然后推断它们的方向。整个过程大约需要15分钟。 南洋理工大学机械与航空航天工程学院和材料科学与工程学院助理教授 Matteo Seita 说,“使用我们廉价且快速的成像方法,我们可以轻松区分优质的 3D 打印金属部件和有缺陷的金属部件。目前,除非我们详细评估材料的微观结构,否则不可能分辨出它们的区别。”。 图注:分析3D打印金属表面的独特晶体图案,将可能为通过增材制造制造的零件认证和质量评估铺平道路 “没有两个 3D 打印的金属部件是相同的,即使它们使用相同的技术生产并具有相同的几何形状。从概念上讲,这类似于两个原本相同的木制手工艺品可能各自具有不同的纹理结构。” Seita 认为,该团队的成像方法有可能简化 3D 打印或增材制造生产的金属合金零件的认证和质量评估。 使用高功率激光熔化金属粉末并将它们逐层融合在一起是3D 打印金属部件最常用的技术之一。然而,微观结构以及印刷金属的质量取决于几个因素,这其中包括激光的速度和强度,在添加下一层之前分配的冷却时间,以及所用金属粉末的类型和品牌。 该团队没有使用从获得的光学信号中测量晶体取向的复杂程序,而是使用一个神经网络,为其提供数百张光学图像以供学习。最终,它学会了根据光从金属表面散射的方式的差异,从图像中预测金属中晶体的方向。 然后,他们测试了该方法,以创建完整的“晶体取向图”,该图提供了有关晶体形状、尺寸和原子晶格取向的全面信息。 该团队目前正在与 NTU 的创新和企业公司 NTUitive 进行讨论,以探索成立衍生公司或许可其专利的可能性。
  • 《美国陆军研究实验室计划利用原子探索纳米材料3D打印防弹衣》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-09-04
    • 美国陆军研究实验室(ARL)的材料科学家正在使用最先进的3D成像原子探针技术分析原子级的金属和陶瓷样品。这项研究旨在解决下一代防弹衣系统的材料内部结构,以保证士兵安全。 为了了解他们正在使用的尺寸,想象一下头发的宽度。样品比人发小一千倍。“原子探针为我们提供了原子级的三维重建。”实验室武器和材料研究理事会的材料科学家Chad Hornbuckle博士说。 “当你看到由数百万个点构成的,这些点实际上是单个原子。它基本上是世界上唯一能够在原子水平上实现这一目标的机器。有些机器,如透射电子显微镜或TEM,进行化学分析,但它不精确。你可能只有一次效果,但如果化学变化,下次你会得到完全不同的效果,如果你无法控制化学反应,就无法控制这些属性。” 研究人员通过喷砂或铣削产生非常尖锐的尖端,准备对金属和陶瓷样品进行分析。然后使用双光束扫描电子显微镜施加化学元素镓。样品准备好后,将它们插入原子探针中。探头内部是超冷真空。使用激光或电压脉冲,科学家们将小尖端上的原子电离,导致各个离子从表面蒸发。然后分析和识别蒸发的离子,这就形成近原子分辨率的3D模型。 电沉积是一种产生薄金属涂层的过程。我们在使用其他方法识别这个阶段时遇到了问题,但原子探测器确切地告诉我们它是什么以及它是如何分配的。这台机器的功能令人印象深刻,你可以实时看到原子出现。再次,它是在纳米尺度,所以它比所有其他表征技术更精细。原子探针很容易告诉我们,两种不同类型的氢化铜相,这不是我们可以检测到的其他方法。陆军使用的那种原子探测器是美国发现的少数几种原子探测器之一。 “由于原子探针的数量有限,大学也会自带样品进行分析。我们合作的一所大学是利哈伊大学。”霍恩巴克尔说。 “起初,这次合作更多的是相互交流的专业知识,我在原子探针中分析了他们的一些样品,并使用他们的像差校正透射电子显微镜来分析我们的一些铜钽样品。我们现在继续这种合作。”陆军还与阿拉巴马大学合作进行原子级分析。这些伙伴关系使陆军能够使用大学实验室设备。 通过这项研究获得的基础知识将适用于当前的陆军的问题以及未来陆军相关材料的开发。 .