In einem Sprung nach vorne für die Materialwissenschaft hat ein multi-institutionelles Team von Forschern eine Pioniermethode für Cholesteric-Flüssigkristallelastomere (CLCEs) entwickelt, die komplexe, farbveränderte reaktionsschnelle Materialien ermöglicht und den Weg für neuartige Anwendungen wie intelligente Textilien und fortgeschrittene Robotik ebnet.
Das Team von Ingenieuren und Wissenschaftlern der University of Pennsylvania (Penn), der Harvard University und der Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) erfand 3D-gedruckte, multi-stabile Strukturen, um die Farben zu verändern, um die Farben zu ändern, um die Farben zu verändern, um die Farben zu verändern, um die Farben zu verändern, um die Farben zu verändern, um die Farben zu verändern, um die Farben zu verändern, um sich mit einem Ziel zu helfen, mit einem Ziel, um sich mit einem Ziel zu helfen. Die Forschung war veröffentlicht in der Zeitschrift Fortgeschrittene Materialien.
Der Schlüssel zu dieser Forschung sind die Clces, eine einzigartige Klasse von Materialien, die für ihre lebendigen Farben und Elastizität bekannt sind. Einfach ausgedrückt sind CLCEs weiche, gummiartige Substanzen, die die Farbe abhängig von ihrer Form und der auf sie angewendeten Spannung ändern können. Diese bemerkenswerte Eigenschaft ist auf ihre Fähigkeit zurückzuführen, Licht zu manipulieren, während die molekulare Struktur von CLCE die Erstellung komplizierter Farbdisplays ermöglicht, wie das Material, das in Stimmungsringen, Aquarium -Thermometern und Boogie -Boards verwendet wird.
Die Inspiration für diesen erfinderischen Ansatz beruht auf der kollaborativen Vision von Penn -Forschern Alicia NG (auch LLNL Summer Student Praktikant) und Shu Yang mit Beiträgen der LLNL -Ingenieure Elaine Lee, Katherine Riley und Caitlyn Cook Krikorian. Der Durchbruch kam, als sie sich mit den Harvard -Forschern Jennifer Lewis und Rodrigo zusammenarbeiteten und die Idee entwickelten, eine transparente Silikonschale zu drucken, um als Gerüst für den CLCE -Kern zu dienen. Die Reise war nicht ohne Herausforderungen, sagten Forscher.
„Wir wollten die Arbeit bringen [into the Lab] Um ein mechanisch oder dehnungsstimuliertes Material zu haben, bei dem die Farbänderung zur Fernerkennung verwendet werden kann „, erklärte Cook.“ Sobald wir ein tragfähiges Material gefunden haben, verbrachten wir eine beträchtliche Zeit damit, die DIW-Bedingungen, insbesondere die Scherraten, feine Zeit zu fällen, um lebendige Farben aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Drucktreue zu konstruieren, um diese unglaublichen Dome-Strukturen zu konstruieren. In diesem Artikel haben wir gezeigt, dass wir diese Strukturen drucken könnten, aber dies ist nur die Spitze des Eisbergs für erreichbare Druckarchitekturen. „
Die potenziellen Anwendungen dieser innovativen Materialien sind groß. Riley von LLNL betonte, dass mehrstabile „Roboter-Gripper, die öffnen und geschlossen werden können, Metamaterialien, die passiv mechanische Belastungen und mechanische Logiksysteme erfassen können, die ohne herkömmliche Elektronik berechnet werden können.“
Durch die Verwendung von CLCEs konnte das Team flexible Strukturen mit einer speziellen Tinte drucken, die die Farbe ändert, wenn sie gestresst ist. Diese Farbänderung wirkt als visuelles Signal und zeigt, wie die Struktur verwendet wird und ob sie unter Druck oder Anspannung steht.
„Bei der Anordnung in 2D- oder 3D -Metamaterial -Arrays kann diese Architektur für passive Displays verwendet werden, und für Sensoren, die unterschiedliche Farben anzeigen, um verschiedene Ebenen der mechanischen Belastung anzuzeigen, wurden angewendet“, sagte Riley.
Die Forscher sehen diese Materialien voraus, die als Ferndehnungs -Erkennungssensoren dienen, die direkt in bestimmte Formen gedruckt werden können, um die Fähigkeit zur experimentellen Kartierung und Überprüfung von Dehnung und Spannung in komplexen Architekturen zu bieten.
Mit Blick auf die Zukunft ist das Team bestrebt, seine Forschung durch eine strategische Initiative für Forschung und Entwicklung von Labors zu erweitern, die darauf abzielt, eine neue Klasse von 3D-gedruckten empfindungsfähigen Materialien mit noch komplexeren Flüssigkristallelastomer-ähnlichen synthetischen Muskeln und Erfassungseigenschaften zu entwickeln. Cook und Lee, die beide die Anstrengung leiten, möchten die Komplexität der gedruckten Architekturen verbessern und die Ergebnisse mit Spannungen vergleichen, die in Rechensimulationen beobachtet werden.
Die Forscher untersuchen, wie die Materialien ihre Steifheit in Echtzeit basierend auf unterschiedlichen Belastungsbedingungen verändern und sperren können. Diese CLCE -Materialien könnten eine entscheidende Rolle bei der schnellen Iterierung neuer Designs über das automatisierte Materiallabor von LLNL und die Verstärkung für maschinelles Lernen spielen, sagte Cook.
Da das Team seine Druckfähigkeiten weiter verfeinert, stellen sie sich eine praktische Integration dieser lebendigen, reaktionsschnellen Materialien mit innovativen Herstellungstechniken vor, die auch Branchen vorantreiben könnten, die sich auf intelligente Materialien, Robotik und darüber hinaus abschließen.
Weitere Informationen:
Alicia NG et al., Koaxial Direct -Tinte Schreiben von cholesterischen Flüssigkristallelastomeren in 3D -Architekturen, Fortgeschrittene Materialien (2025). Doi: 10.1002/adma.202416621