华中科技大学史玉升等Adv. Sci.：材料组合概念，实现具有新兴性质/功能的4D打印产品

兔兔

2020-03-23

4D打印是一种新兴技术，在外部刺激下产品的形状、特性或功能可以随时间可控变化而变化。但是，大多数现有的4D打印产品仅关注物理几何形状的变化，而不管其属性以及实用功能的可控变化。有鉴于此，华中科技大学闫春泽教授和史玉升教授等人提出了一种材料组合概念来构造其属性和功能得以可控变化的4D打印装置。

本文要点：

1）通过组装SLS打印的磁性多孔结构和SLM打印的螺旋结构，实现了一种新型的4D打印装置。与以往4D打印材料的形状变形不同，即使两个部件都不是压电部件，这项工作集成的4D打印装置也可以显示压电特性。

2）此外，该装置还具有自供电压力敏感监视器的新功能，由于螺旋线中的磁通量变化，组装的磁电装置可以在外部压力下产生电脉冲，从而可用于感知压力。由于具有自动供电、快速响应和灵敏的特性，4D打印磁电装置可以作为压力传感器来警告非法入侵。

3）通过使用Comsol软件的数值模拟方法来解释了4D打印装置的工作机制，并通过调节各种参数来促进其性能的进一步优化。4D打印磁电器件中，NdFeB粉末的含量、磁场方向、多孔结构与螺旋结构之间的距离、压缩速度、压缩比等几个参数都会对输出电压值产生影响。在最佳条件下，适用于智能自供电压力传感器的集成4D打印装置可以产生11.8 µV的输出电压。

这项工作开启了柔性磁电器件的新制造方法，并为属性可变和功能可变的4D打印提供了新的材料组合概念。

Hongzhi Wu, et al. A Material Combination Concept to Realize 4D Printed Products with Newly Emerging Property/Functionality. Adv. Sci. 2020, 1903208.

DOI: 10.1002/advs.201903208.

https://doi.org/10.1002/advs.201903208