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Journalist's Day
近年来，增材制造（AM，也称为3D打印）因其相较于传统减材制造技术的诸多优势，已成为各领域中一种高度通用且可定制化的实体制造方法。尤其是还原光聚合（VP）技术，因其能够处理液态光敏树脂并通过UV-Vis光照选择性固化形成高分辨率的实体零件，且具备优异的机械性能，引起了科学界的广泛关注。
目前报道的用于VP的主要压电纳米复合材料主要包括在室温下表现出压电性的陶瓷（纳米）钙钛矿，如钛酸钡（BaTiO3，BTO）和钛酸锆铅（Pb[ZrxTi1-x]O3，PZT）。其中，PZT相较于BTO拥有更高的压电系数及更宽的工作温度范围，具体而言，PZT能在高达300-350℃的温度下保持其压电性，而BTO则在约为120-130℃时就失去了该特性。鉴于多数聚合物基纳米复合材料的使用温度低于100℃，在此区间的BTO仍能维持其压电效应，因此研究者们正致力于开发低BTO含量（<5 wt%）的压电纳米复合材料，旨在最大化复合材料的整体压电响应的同时保持聚合物基体原有的机械属性。
加迪斯大学的研究团队通过采用多巴胺十二烷基酰胺（DDA）组装的BTO纳米颗粒以较低填充比例（0.1-5 wt%）制备并经AM工艺加工而成的压电纳米复合材料进行了系统性探究。实验结果表明，材料的拉伸强度下降但刚度增强，突显了表面化学修饰对于调控纳米复合材料性能的重要性。随后，对3D打印样品进行了极化处理以诱导内部纳米颗粒偶极子定向排列，并通过测量不同激励频率下的d33系数进一步量化了其压电效应。当BTO-DDA添加量为3.0 wt%时，所制得的纳米复合材料展现了优异的压电性能，其d33值达到了相同质量分数块体BTO材料的三分之一左右。此外，还研究了AM过程中层厚参数对该类材料压电特性的潜在影响，结果表明较小的层厚度与较差的压电响应是相关联的。综上所述，基于vat光聚合的AM策略展现出了在构建兼具优良空间分辨率、多样化机械特性和良好压电响应的新型压电材料方面的巨大潜力。
相关研究成果以题为“3D-Printing of Highly Piezoelectric Barium Titanate Polymer Nanocomposites with Surface-Modified Nanoparticles at Low Loadings”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。
表1. 采用树脂R1制备的纳米复合材料及其力学与压电性能。
图1. R1纳米复合材料的拉伸试验结果。
图2. 从R1及R1-D30样品的压电表征获得的电荷-力相关性。
图3. 3D打印纳米复合材料片的压电表征结果。
-编辑：李绍华-
-审核：丁孝禹-
-终审：王梁-
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浙江工业大学
激光先进制造研究院
