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用于紡織品的3D打印形狀記憶羊毛樣材料

   日期:2022-04-17     瀏覽:47    評論:0    
 哈佛大學的研究人員開發了一種具有形狀記憶的可生物降解且可持續的羊毛狀材料,可以對其進行3D打印,以創建新穎的紡織品和其他產品。
 
哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)的一個團隊開發了這種生物材料,該材料是由回收材料制成的??梢詫⒉牧?D打印為任何形狀,并使用可逆形狀記憶進行預編程。
 
這項發明意義重大,不僅因為研究人員創造的材料是利用紡織業的剩余廢物制造的,而且還可以幫助產生大量廢物的該產業變得更具可持續性。
 
該小組由SEAS生物工程與應用物理教授Kit Parker領導,從剩余的Agora和馬海毛中提取的角蛋白開發了材料。角蛋白是一種在頭發,指甲和貝殼中發現的纖維蛋白,還用于許多皮膚和頭發護理產品中。
 
帕克在一份新聞聲明中說:“通過這個項目,我們證明了我們不僅可以回收羊毛,而且可以用從未想象過的回收羊毛來制造東西。這對自然資源的可持續性產生了影響。清除。”
 
形狀記憶解決方案
 
SEAS的博士后研究員Luca Cera解釋說,研究小組開發的材料可以加工成纖維或3D紡織品,并且像人的頭發一樣具有由水觸發的形狀記憶特性。
 
形狀記憶意味著材料既可以具有永久形狀也可以具有臨時形狀,這對于開發更通用的服裝很有用。
 
Cera告訴《設計新聞》,“可以在特定的刺激下賦予材料任意和臨時的形狀” 。“一旦去除刺激,材料將保持暫時的形狀。如果再次施加刺激,材料將記住該永久形狀并動態地轉換為永久形狀。”
 
他說,這一特性可以應用于服裝業,以制造出一種可以適應人體尺寸的全碼尺的服裝,“從而提高了啤酒店或運動服等服裝的舒適度”。
 
Cera補充說:“吸能設備是另一種應用,可能導致設計更舒適的防護裝備。”
 
重大問題
 
他向《設計新聞》解釋說,由于角蛋白蛋白質二級結構的重新排列,角蛋白具有固有的形狀記憶特性,“更具體地說,它是從α螺旋轉變為β折疊的” 。
 
Cera解釋說:“這種轉變可能在負載下發生,并在有水的情況下觸發。” “我們以保留角蛋白的天然原纖維和分層結構的方式設計了這種材料,以便在所有長度范圍內以各向異性的方式組織α螺旋,并允許出現形狀記憶機制。”
 
為了證明這一過程,研究人員通過3D打印各種形狀的角蛋白片,并使用過氧化氫和磷酸一鈉溶液對材料的永久形狀進行編程。這是材料在去除改變它的刺激之后將始終返回的形狀。
 
設置好內存后,研究人員發現他們可以對板材進行重新編程并將其成型為新的形狀。
 
研究人員進行的一項測試是將一張角蛋白薄片折疊成一個復雜的折紙恒星,作為其永久形狀。然后,他們將恒星浸入水中,將其展開并產生延展性,然后將其卷成緊密的管,然后干燥成穩定的形狀。然后,他們將試管放回水中以逆轉該過程,將試管展開并動態折疊成折紙星。
 
該小組在《自然材料》雜志上發表了一篇有關其工作的論文。
 
未來的應用
 
帕克告訴我們,研究人員目前正在與運動服裝制造商討論如何將這種材料應用于時尚。
 
他告訴《設計新聞》說:“在服裝中有多種應用可以適應這些可持續,智能材料所能達到的各種環境。”
 
Parked補充說,研究小組正在關注的材料的其他應用是在心血管再生醫學中。
 
從材料工程的角度來看,研究人員計劃將形狀記憶系統的響應能力從水擴展到其他觸發因素,例如光,熱或化學信使,Cera告訴我們。
 
他告訴《設計新聞》:“我們未來的研究工作還將集中在紡織品和薄紙工程中的更具體應用上,并基于我們的形狀記憶技術實現功能齊全的設備。”
 
 
 
 
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