低濃度、高性能、ナノ圧電複合材料の3Dプリンティングのブレークスルー

低濃度、高性能、ナノ圧電複合材料の3Dプリンティングのブレークスルー
出典: EFL Bio3Dプリンティングとバイオ製造

近年、バット光重合法 (VP)、選択的レーザー焼結法 (SLS)、熱溶解積層法 (FDM) など、さまざまな種類の 3D 印刷技術が開発されていますが、これらは材料層を堆積する技術や使用する材料の種類が異なります。


VP アプリケーションに使用される樹脂は液体であるため、機能性ナノ材料を組み込むことができ、光吸収、機械的強化、磁性、導電性、圧電性などの機能特性を備えた 3D プリントされた固体ナノ複合材料が得られます。最近、イタリアのボローニャ大学の Mauro Comes Franchini 氏、カディス大学の Alberto Sanz de León 氏、ミラノ大学の Paolo Milani 氏が、親油性 BTO ナノ粒子 (BTO-DDA) を硬質および柔軟な樹脂に配合し、還元光重合によって低 BTO 含有量 (0.5~5 重量%) のナノ複合材料を製造することを報告しました。


要点:
(1)本研究では、表面改質チタン酸バリウムナノ粒子(BTO-DDA)を感光性樹脂に組み込み、3Dプリンティング技術により圧電特性を有する複合材料を作製する方法を開発した。
(2)低濃度(<5重量%)のBTO-DDAを添加することにより、樹脂材料の機械的強度を維持するだけでなく圧電特性も付与し、エネルギーハーベスティングやセンシング用途に新たな材料選択肢を提供する。
(3)本論文では、異なるBTO-DDA濃度、分極電圧、印刷層の厚さが複合材料の圧電特性に及ぼす影響を調査し、最終的に3重量%BTO-DDAおよび1.2kV分極条件下で最良の圧電応答を得た。

全体として、この研究は、還元光重合ベースの付加製造アプローチを効果的に採用して、優れた空間分解能、多機能な機械的特性、および優れた圧電性を備えた圧電材料を調製する方法を明らかにし、ウェアラブルセンサーやエネルギー収集デバイスの製造における可能性のある用途を見出しています。

出典: https://doi.org/10.1002/adfm.202407077

バイオ、足場、複合材料

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