南理工王杰平、易文斌等 Adv. Sci.：通過光固化3D打印制備高密度微結(jié)構(gòu)鎢
2024-08-26 來源：高分子科技
鎢(W)因其獨特的性能組合而受到高度重視，其中包括高密度，優(yōu)異的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，卓越的機械強度和優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性。然而，諸如粉末冶金、化學(xué)氣相沉積和真空熔化等傳統(tǒng)加工方法難以制備形狀復(fù)雜的鎢。相較之下，增材制造技術(shù)具有靈活的設(shè)計自由度，可加工任意形狀的零部件。然而，現(xiàn)有的鎢增材制造技術(shù)如粉末床熔合和定向能沉積等，受光束尺寸和粉末質(zhì)量的限制，成品表面質(zhì)量不佳，且難以進行微納級別的加工。與其他增材制造技術(shù)相比，還原光聚合為制造具有優(yōu)異形狀保真度和較低表面粗糙度的復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)提供了一條有前途的途徑。然而現(xiàn)有的還原光聚合技術(shù)所制造的鎢結(jié)構(gòu)普遍存在表面缺陷多、密度低、機械強度差等缺陷，因此如何利用該技術(shù)來實現(xiàn)鎢的高密度、高強度制造仍是亟待解決的問題。
圖1 a)高密度鎢微結(jié)構(gòu)的制備工藝，b)印刷前驅(qū)體(左)和燒結(jié)鎢(右)，c)含鎢光敏樹脂配方。
微柱壓縮實驗表明所制備的鎢具有1552MPa的抗壓強度（圖 2b），與塊狀鎢相似。納米壓痕實驗表明在10 mN載荷下，其納米壓痕硬度可達到7.5 GPa，楊氏模量為292.2 GPa（圖 2c）。在連續(xù)剛度模式下，隨著壓痕深度從20 nm增加到220 nm，其納米壓痕硬度從13.2 GPa下降至7.6 GPa（圖 2d），與市售的鎢相比，其硬度值約為參考值的1.36 ~ 2.05倍 （圖 2e）。最后，對整個鎢晶格結(jié)構(gòu)進行了壓縮測試。結(jié)果表明，其具有高達13 MPa的抗壓強度，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)有的報道值（0.9 MPa）。
該研究揭示了樹脂中金屬負(fù)載量對后續(xù)脫脂燒結(jié)的影響，即越高的金屬離子負(fù)載量越有利于脫脂燒結(jié)的致密化，這一點在以往的研究中未曾被提及。此外，該研究提出的三步燒結(jié)法，進一步提高了小尺寸結(jié)構(gòu)在脫脂燒結(jié)后的結(jié)構(gòu)完整性，可為后續(xù)的研究者提供有意義的策略參考。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202405487
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