自适应的“智能材料” -用于3D打印的颗粒操纵技术—金发姑娘原则

3D打印 · 发表于 2014-10-25 16:29:44

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本帖最后由一叶孤舟于 2014-10-28 09:26 编辑

金发姑娘原则（Goldilocks Principle）可以用于许多不同的情况，而如今，它形象地描述了如何操纵微观分子以推动3D打印技术的发展。来自纽约大学的一队科学家正在开发能够适应环境的“智能材料”，他们发现了在微观世界中聚合物胶体拥有自己的规则。他们的发现作为研究论文发表在《Nature Materials》上。

所谓“金发姑娘原则”源自西方童话中《金发姑娘和三只熊》的故事。金发姑娘发现了三只熊的房子，每只熊都有自己喜欢的食物和床。在挨个尝试过三只熊的食物和床后，金发姑娘发现有一个要么太大/太热，一个要么太小/太凉，只有一个是“刚刚好”。所以金发姑娘原则常常意指适中、中间地带，有点类似于中国的中庸之道的意思。

聚合物（polymer），顾名思意，就是由很多或一串分子聚合在一起形成的结构；也可以理解为通常叫的高分子。而胶体（Colloids）则是分子与其他不相容的物质混合而成。而这项研究中的聚合物颗粒和胶体颗粒大小相差极大，分别是十亿分之一米和百万分之一米的区别，好像金发姑娘原理在这里并不适用。

不过这项研究其实关注的是温度，意在探索聚合物和胶体材料在不同应用中根据温度变化表现出来的属性，科学家们推测，3D打印技术中使用或生成的材料可以通过使用分子间的焓引力（enthralpic attraction）来增强，所谓焓引力是一种粘合能量，有可能会使3D打印的效果更佳清晰、惊人。他们正在研究的属性，可广泛用于各种消费产品，如：油漆、牛奶、明胶、玻璃、陶瓷等。

科学家们解释说，当温度范围在室温到85摄氏度之间时，聚合物会撞到更大的胶体颗粒并由于压力被压在一起。胶体分子会在这个过程中变成晶体以“最大化聚合物的随机运动和空间。”当继续加热时它们就开始融化；不过这个时候会有特殊情况发生了：当它们进一步融化时，他们又开始变硬了。这些分子形成了一种类似果冻的物质——这种形态比晶体形式更容易被操纵——然后进一步，使用这种类型的操纵，颗粒物可能是更适合于3D打印。

“这些研究结果表明，对于工程师来说，材料可能表现出来的性能不仅取决于温度，而且还可以通过一系列方法来操作的最小粒子来获得。”该研究报告的主要作者，纽约大学的博士生Lang Feng解释说。

在中间水平时，焓吸引力的动力不发挥作用，而温度越高，焓吸引力的动力作用就越大，就更适用于操作处理3D打印材料。

专业名词——聚合物：

聚合物，是指高分子化合物（Macro Molecular Compound），所谓高分子化合物，是指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。（互动百科）

是由一类相对分子质量很高的分子聚集而成的化合物，也称为高分子、大分子等。大多数高分子的相对分子质量在一万到百万之间，其分子链是由许多简单的结构单元通过共价键重复连接而成。一般把相对分子质量高于10000的分子称为高分子。高分子通常由10^3～10^5个原子以共价键连接而成。由于高分子多是由小分子通过聚合反应而制得的，因此也常被称为聚合物或高聚物，用于聚合的小分子则被称为“单体”。