微米3D列印製作具有負泊鬆比，與負膨脹係數的新型雙負超材料

研究中開發新型雙負超材料，展現負泊鬆比與負熱膨脹特性，提供獨特應用可能性

負泊鬆比材料在受到壓縮載荷時橫向收縮，負熱膨脹係數材料在受熱時發生收縮現象。而負泊鬆比和負熱膨脹係數相結合的新型超材料為材料的特殊需求提供了進一步的可能性。

香港城市大學深圳研究院介紹了一種具有負泊鬆比與負熱膨脹係數的雙負超材料（Extreme Mechanics Letters, 2019）。這種新型超材料基於傳統的星型內凹結構。為了提高該結構的負泊鬆比，研究者分別在結構和排列方式上進行了創新。這種結構和排列上的創新使得超材料在受到外界力/位移載荷時呈現出內凹變形機制，從而表現出負泊鬆比。

結合不同熱膨脹材料的超材料設計，實現負熱膨脹係數

為了得到負熱膨脹係數，在一個結構中引入了兩種熱膨脹係數不同的材料（圖1a）。藍色的桿的熱膨脹係數較小，而紅色的桿熱膨脹係數較大。研究者用大量的數值模擬對新構型超材料的負熱膨脹係數進行了驗證。在加熱時紅色的桿因為需要伸長的更多而使得垂直方向藍色的桿發生彎曲，從而減小了整個結構所佔有的空間，表現出負的熱膨脹係數（圖2）。

為了驗證該超材料的負泊鬆比行為，研究者們採用 microArch® P130 列印機對材料進行了製作。並用試驗和數值仿真相結合的方法對其負泊鬆比行為進行了驗證，兩者吻合的較好。由於材料列印的尺寸在微米級別，這也為材料在聲學、光學等方面的應用提供了可能性。

該研究工作發表於Extreme Mechanics Letters，香港城市大學深圳研究院陸洋老師為通訊作者。

microArch® P130 列印的輕質高強結構材料，最小桿徑8μm。

我們持續助力香港城市大學深圳研究院在超材料領域的研究及應用，其自主研發的microArch® P130 3D列印機精度高達2微米。除上述研究工作中的超材料應用外，另一重要的應用是輕質高強力學超材料，具有超輕質量和超高強度。其優異的力學性能得益於其中的微晶格結構，如上圖所示，這些微晶格結構非常複雜，使用傳統的二維製造技術無法加工製作，而microArch® 的微尺度3D列印技術則可以快速高效加工出這種複雜三維微結構，且具有極高的列印分辨率（圖中微點陣結構，最小桿徑8 μm）。

microArch® S130-2微米3D列印機

microArch® S130 是科研級 3D 列印系統，它採用的是面投影微立體微影（PμLS：Projection Micro Litho Stereo Exposure）技術。該技術使用高精密紫外光刻投影系統，將需列印圖案投影到樹脂槽液面，在液面固化樹脂並快速微立體成型，從數位模型直接加工三維複雜的模型和樣件，完成樣品的製作。microArch® S130 擁有 2μm 的超高列印精度和 5μm 的超低列印層厚，可以兼顧微尺度和宏觀樣件的列印，從而實現超高精度大幅面的樣件製作，非常適合高校和研究機構用於科學研究及應用創新。