西交大Nature子刊丨连续纤维复合材料4D打印技术取得新进展

具体的说，西安交通大学科研团队利用液晶弹性体的可逆热致伸缩变形能力，结合连续纤维材料的优异力学性能，提出了一种基于连续纤维增强液晶弹性体的直写4D打印方法，液晶弹性体复合材料内部嵌入的连续纤维起到了显著增强力学性能以及实现弯曲变形效果的作用。该打印方法能够通过调控纤维在复合材料丝材内部的偏置位置实现打印结构可控的承载特性及变形形态。打印的液晶复合材料可以承受高达其自身重量2805倍的载荷，并在150 ℃条件下实现0.33 mm^-1的弯曲曲率。利用这一工艺制备了具有承载能力以及变形能力的复合材料桁架结构，解决了传统4D打印结构力学承载性能差的难题。该研究第一作者是西安交通大学博士生王清瑞，田小永教授为唯一通讯作者，论文作者还有李涤尘教授、博士生张道康、硕士生周艳丽，西安交通大学为唯一完成单位。

连续纤维增强液晶弹性体复合材料4D打印

4D打印的三角形桁架单元

连续碳纤维具有良好的导电导热性能和极低的热膨胀系数，研究团队利用与其树脂基体的热膨胀系数差异明显，提出了一种基于连续碳纤维的热变形可调谐超表面的设计与4D打印方法，通过连续纤维复合材料手性结构设计，将复合材料和热塑性树脂分区沉积成形，基于理论计算、有限元分析和实验揭示了结构参数对热变形和电磁频率控制的影响规律。所制备超表面结构的最大热膨胀系数测量值达到了1333×10-6K^-1，实现了等效热变形前后的超表面对-1dB电磁波透射频段28.1%的偏移，该方法为空间天线结构在轨电磁性能调控提供了一个新思路。