基于分子设计的3D打印超材料制备

郑璐 孙悦颖 丁欣 刘继涛

引用本文: 郑璐, 孙悦颖, 丁欣, 刘继涛. 基于分子设计的3D打印超材料制备[J]. 大学化学, 2026, 41(1): 253-263. doi: 10.12461/PKU.DXHX202506019 shu
Citation:  Lu Zheng,  Yueying Sun,  Xin Ding,  Jitao Liu. Preparation of 3D Printed Metamaterials Based on Molecular Design[J]. University Chemistry, 2026, 41(1): 253-263. doi: 10.12461/PKU.DXHX202506019 shu

基于分子设计的3D打印超材料制备

    通讯作者: 刘继涛,E-mail:chm_liujt@ujn.edu.cn
  • 基金项目:

    山东省本科教学改革研究项目(面上) (M2022103);山东省科技型中小企业创新能力提升工程项目(2023TSGC0589);济南大学科技计划项目(XKY1825)

摘要: 作为21世纪最重要的科技成果之一,超材料概念的提出对物理、材料、光学、声学等学科产生了颠覆性的影响。本实验采用微观设计宏观制备思路,开展了基于分子设计的3D打印超材料制备,通过构建不同规模大小的微观碳笼分子模型,利用计算机仿真技术对3D打印超材料的制备过程、性能表现等进行模拟和预测,以指导实际的设计和制造,实现微观分子模型到宏观多孔材料的映射,探究微观碳笼结构与3D打印宏观超材料的性能关系。通过数字化设计精细调控超材料分子结构,优化其物理、化学与力学性能,结合3D打印参数优化,可制造出强度更高、韧性更好的结构件,应用于航空航天、汽车、高端装备等对材料力学性能要求极高的领域。利用数字化设计的优势,可以实现超材料的定制化制备。这种分子层面的微观结构设计与3D打印技术的宏观构件制备相结合的方法具有创新性,为超材料的设计和制造提供了新的思路,推动了化学实验数字化设计和应用,提高了化学实验数字化设计水平。

English

    1. [1]

      Herkal, S.; Rahman, M. M.; Nagarajaiah, S.; Harikrishnan, V. V. J.; Ajayan, P. l. Mech. Sys. Signal Process. 2023, 185, 109819.Herkal, S.; Rahman, M. M.; Nagarajaiah, S.; Harikrishnan, V. V. J.; Ajayan, P. l. Mech. Sys. Signal Process. 2023, 185, 109819.

    2. [2]

      彭华新, 周济, 崔铁军, 等. 超材料. 北京: 中国铁道出版社有限公司, 2020: 1.

    3. [3]

      苏朝浩, 张枢健, 何永鹏,陈庆军. 工业建筑, 2022, 52 (9), 53.

    4. [4]

      Sajadi, S. M.; Owuor, P. S.; Schara, S.; Woellner, C. F.; Rodrigues, V.; Vajtai, R.; Lou, J.; Galvão, D. S.; Tiwary, C. S.; Ajayan, P. M. Adv. Mater. 2018, 30 (1), 1704820.Sajadi, S. M.; Owuor, P. S.; Schara, S.; Woellner, C. F.; Rodrigues, V.; Vajtai, R.; Lou, J.; Galvão, D. S.; Tiwary, C. S.; Ajayan, P. M. Adv. Mater. 2018, 30 (1), 1704820.

    5. [5]

      Smeets, B. J. R.; Fagan, E. M.; Matthews, K.; Telford, R.; Murray, B.; Pavlov, L.; Weafer, B.; Meier, P.; Goggins, J. Compos. Part B: Eng. 2021, 212, 108691.Smeets, B. J. R.; Fagan, E. M.; Matthews, K.; Telford, R.; Murray, B.; Pavlov, L.; Weafer, B.; Meier, P.; Goggins, J. Compos. Part B: Eng. 2021, 212, 108691.

    6. [6]

      Felix, L. C.; Gaál, V.; Woellner, C. F.; Rodrigues, V.; Galvão, D. S. Mechanical Properties of Diamond Schwarzites: From Molecular Dynamics Simulations to 3D Printing. [2024-04-12]. https://arxiv.org/abs/2006.02848Felix, L. C.; Gaál, V.; Woellner, C. F.; Rodrigues, V.; Galvão, D. S. Mechanical Properties of Diamond Schwarzites: From Molecular Dynamics Simulations to 3D Printing. [2024-04-12]. https://arxiv.org/abs/2006.02848

    7. [7]

      Zhou, X.; Deng, J. R.; Fang, C. Q.; Lei, W. Q.; Song, Y. H.; Zhang, Z. S.; Huang, Z. G.; Li, Y. J. Mater. Sci. Technol. 2021, 60, 27.Zhou, X.; Deng, J. R.; Fang, C. Q.; Lei, W. Q.; Song, Y. H.; Zhang, Z. S.; Huang, Z. G.; Li, Y. J. Mater. Sci. Technol. 2021, 60, 27.

    8. [8]

      朱艳青, 史继富, 王雷雷, 钟柳文, 李育坚, 徐刚. 制造技术与机床, 2015, 642 (12), 50.

    9. [9]

      Wang, X. X.; Gao, T. Y.; Shi, C.; Zhou, Y. F.; Li, Z. D.; Wang, Z. G. Mech. Adv. Mater. Struct. 2023, 30 (11), 2304.Wang, X. X.; Gao, T. Y.; Shi, C.; Zhou, Y. F.; Li, Z. D.; Wang, Z. G. Mech. Adv. Mater. Struct. 2023, 30 (11), 2304.

    10. [10]

      黄飞鸿, 李凤红, 笪伟, 王哲, 吕维思, 郭柯赟, 魏如振. 工程塑料应用, 2022, 50 (11), 151.

    11. [11]

      Gaal, V.; Felix, L. C.; Woellner, C. F.; Galvao, D. S.; Tiwary, C. S.; d’Ávila, M. A.; Rodrigues, V. Nano Select. 2022, 3, 450.Gaal, V.; Felix, L. C.; Woellner, C. F.; Galvao, D. S.; Tiwary, C. S.; d’Ávila, M. A.; Rodrigues, V. Nano Select. 2022, 3, 450.

    12. [12]

      高尧, 屠泽洋, 李勇. 塑料, 2022, 51 (2), 141.

    13. [13]

      王森. 3D打印用抗菌ABS线材及高韧PLA线材制备与性能研究[硕士学位论文]. 北京: 北京化工大学, 2020.

    14. [14]

      陈彩珠, 潘汉军. 工程塑料应用, 2016, 44 (9), 137.

    15. [15]

      Oliveira, E. F.; Ambekar, R. S.; Galvão, D. S.; Tiwary, C. S. Addit. Manuf. 2022, 60, 103180.Oliveira, E. F.; Ambekar, R. S.; Galvão, D. S.; Tiwary, C. S. Addit. Manuf. 2022, 60, 103180.

    16. [16]

      Terrones, H.; Terrones, M. New J. Phys. 2003, 5, 126.Terrones, H.; Terrones, M. New J. Phys. 2003, 5, 126.

    17. [17]

      吴卫萍, 刘松, 刘旭. 机电工程技术, 2024, 53 (9), 271.

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  • 发布日期:  2025-10-22
  • 收稿日期:  2025-06-03
  • 修回日期:  2025-09-16
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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