當(dāng)前等地，超材料制造工藝主要有印刷電路板(PCB)、光刻、電子束刻蝕等全面協議，然而這些工藝在3D超材料結(jié)構(gòu)制造方面普遍存在步驟繁瑣核心技術體系、成本高創新的技術、耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題不折不扣，不易與曲面共形完善好，難以滿足實(shí)際應(yīng)用條件新產品。3D去完善、曲面共形一體化超材料的制造仍然是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

近日長遠所需，廈門(mén)大學(xué)航空航天學(xué)院孫道恒教授課題組基于面投影微立體光刻(PµSL)3D打印技術(shù)（microArch S240脫穎而出，摩方精密）結(jié)合液態(tài)金屬填充方法制備了3D正交開(kāi)口諧振環(huán)及曲面共形超材料結(jié)構(gòu)，其嵌入式結(jié)構(gòu)特征可有效保護(hù)金屬諧振層免受外部環(huán)境影響生產創效，且具有宏-微結構、結(jié)構(gòu)-功能一體化成型的優(yōu)勢(shì)。

圖1 3D打印嵌入式超材料制備流程

圖2 正交開(kāi)口諧振環(huán)超材料結(jié)構(gòu)及尺寸：(a) 平面型；(b) 半球形仿復(fù)眼超材料 (單元尺寸為1.25mm)

工藝流程如圖1所示雙重提升，首先使用精度為10μm的3D打印機(jī)（microArch S240，摩方精密）制備帶有超材料微結(jié)構(gòu)空腔的模型事關全面，再利用液態(tài)金屬真空填充方法制備超材料金屬微結(jié)構(gòu)表現明顯更佳。超材料結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示，開(kāi)口諧振環(huán)截面尺寸為0.1mm×0.2mm技術節能，頂部開(kāi)口尺寸為0.3mm指導，諧振環(huán)外徑為1mm。

圖3 液態(tài)金屬填充及超材料性能測(cè)試：(a-b) 平面型及仿生復(fù)眼曲面共形超材料液態(tài)金屬填充前與填充后國際要求；(c-d) 超材料傳輸性能測(cè)試

圖3(a)為3D打印的3D正交開(kāi)口諧振環(huán)流動性、仿復(fù)眼曲面共形超材料及局部放大圖，圖3(b)為填充液態(tài)金屬后的超材料結(jié)構(gòu)及其局部放大。在液態(tài)金屬填充滿超材料結(jié)構(gòu)空腔后持續創新，采用光敏樹(shù)脂涂覆在液態(tài)金屬填充入口處并用紫外燈照射固化以密封入口改善。圖3(c-d)為平面型及曲面共形超材料測(cè)試結(jié)果。

該研究將3D打印的靈活性與液態(tài)金屬的易流動(dòng)協調機製、易填充性相結(jié)合信息化，使超材料制造不再受限于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，開(kāi)辟了一類(lèi)復(fù)雜超材料結(jié)構(gòu)制造新方法實踐者。為超材料的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新取得明顯成效、功能創(chuàng)新及應(yīng)用創(chuàng)新奠定工藝基礎(chǔ)，拓展了共形超材料的應(yīng)用范圍數據，如3D光學(xué)/電磁隱身衣設計、智能蒙皮、超透鏡等改進措施。

該成果以題為“3D Printed Embedded Metamaterials”發(fā)表于國(guó)際期刊《Small》(IF = 13.281)上就此掀開，論文通訊作者為廈門(mén)大學(xué)航空航天學(xué)院孫道恒教授和陳沁楠助理教授，第一作者為廈門(mén)大學(xué)航空航天學(xué)院博士生張昆鵬今年。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(51975498穩步前行、U1505243、U2005214)和深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)技術(shù)攻關(guān)面上項(xiàng)目(JSGG20201102165202007)的支持與資助動手能力。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1002/smll.202103262