西安交通大学は超音波を利用してメタマテリアルの光硬化印刷を実現

西安交通大学は超音波を利用してメタマテリアルの光硬化印刷を実現
2017 年の新年早々、ハーバード大学ジョン A. ポールソン工学応用科学大学院とハーバード大学ワイス生物学インスパイアード工学研究所の研究者が、マルチマテリアル 3D 印刷技術を使用して再構成可能なメタマテリアルの基本設計フレームワーク ソフトウェアを開発しました。 Antarctic Bearによると、中国でもメタマテリアル分野の研究が活発に行われている。市場調査によると、活発な科学研究機関には、東南大学、中国人民解放軍空軍工学大学、西安交通大学、北京交通大学などがある。次に、西安交通大学が液体感光性樹脂をメタマテリアル基板の原料として使用し、固体粒子を人工微細構造として使用し、最終的に固体感光性樹脂を基板として、2次元空間位相的に整列した人工微細構造で包まれたメタマテリアルを形成する方法を学びましょう。


超音波とメタマテリアル メタマテリアルは、天然素材にはない並外れた物理的特性を備えているため、従来の素材の多くの明らかな自然法則の限界を打ち破り、電磁気学、光学、音響学などの分野の研究範囲を大幅に拡大し、航空宇宙、航空、電子工学、通信、生物医学において大きな潜在的価値と応用の見通しを示しています。メタマテリアルは本質的に、波長以下の材料特性スケールでの秩序ある構造設計を通じて特定の機能を実現する人工複合構造または複合材料です。メタマテリアルは、一般的に、整然と配置された複数のメタマテリアルユニットで構成され、各メタマテリアルユニットには、非金属基板と、基板の表面に取り付けられた、または基板に埋め込まれた人工微細構造が含まれており、その電気的、磁気的、機械的特性は基板自体のものとは異なります。したがって、メタマテリアル全体は、マクロレベルで電界、磁界、音響場に対して特殊な応答特性を示します。

超音波は機械波として運動量と角運動量を持ち、音場内の物体に対する散乱効果を通じて物体に放射力を発生させます。放射力場の作用により、微粒子または微小成分は合成音場内の音響ポテンシャル井戸、すなわち音圧ノードに安定して捕捉されます。近年、超音波のこの機械的特性は、液体環境における微粒子の捕捉、凝集、および選別に優れた応用可能性を持つことが示されています。さらに、フェーズドアレイ超音波技術の急速な発展により、任意の音圧空間分布を持つ音場を合成する便利な手段が提供されています。

西安交通大学は、フェーズドアレイ超音波アレイを使用して、液体感光性樹脂内に空間的に制御可能な音響場を作り出し、光硬化製造環境で規則的に配置された微細構造を非接触で固定し、所定の位相構造を形成して、既存のステレオリソグラフィーに基づく3D印刷装置では2つの異なる材料から同じ構造を準備できないという問題を解決しました。コンピュータシミュレーションデータから得られた微細構造の空間配置に応じて、目標音場パラメータとそれに対応するフェーズドアレイ超音波制御パラメータが生成され、感光性樹脂内に確立されたトポロジカル構造の非接触安定支持を実現します。


固体粒子は金属マイクロスフィア、ポリマーマイクロスフィア、またはカーボンナノチューブであり、その特徴的なサイズは 20 ~ 100 マイクロメートルです。固体粒子は、液状感光性樹脂に分散される前に表面活性処理が施され、液状感光性樹脂中に容易に分散され、液状感光性樹脂中の固体粒子の体積分率は1%を超えない。

感光性樹脂硬化技術をベースに超音波を利用して複合材料を製造する試みは世界中で数多く行われています。 3D Science Valley の市場調査によると、英国のブリストル大学は超音波を使用して何百万もの小さな強化繊維の位置を特定し、微細な強化フレームワークを形成しています。超音波はレーザービームと同時に作用し、超音波を使用して材料の微細構造の配置を誘発し、レーザービームを使用してエポキシ樹脂を硬化させることで、繊維強化複合材料を生成します。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
南洋理工大学、超音波技術の向上を目指して3Dプリントレンズを開発
3Dプリント技術により、レーザーを高濃度超音波に変換できる周波数変換器が誕生

ハーバード大学、西安交通大学、北京交通大学、人民解放軍、複合材料

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