以更小的单位尺寸创建更坚固 更具延展性的微晶格材料

投影微立体光刻(PμSL)已成为一种强大的三维(3D)打印技术，用于以高速打印制造具有微米级高分辨率的聚合物结构，从而能够生产特征尺寸低至几微米的定制3D微晶格。然而，未在相关长度尺度上系统地研究印刷聚合物的机械性能，特别是当特征尺寸进入微米/亚微米级时，限制了其在微/纳米晶格和其他超材料应用中的可靠性能预测。

基于自主研发的原位微机械平台，来自香港城市大学的杨路教授证明，投影微立体光刻(PμSL)打印的微纤维可以变得更坚固，并且显着提高延展性，尺寸从20μm减小到60μmμm，显示出明显的尺寸依赖性力学行为，其中尺寸减小到20μm，断裂应变高达~100%，断裂强度高达~100MPa。

这种尺寸效应能够在广泛的范围内定制PμSL印刷微晶格的材料强度和刚度，从而可以制造具有所需/可调机械性能的微晶格超材料，用于各种结构和功能应用。

结合PμSL印刷聚合物的尺寸效应，我们可以获得具有不同机械性能但具有相同形貌和相对密度的微晶格。与支柱直径为60μm(~43MPa)的晶格相比，20μm微晶格的模量约为87MPa。晶格屈服后，具有20μm支柱的晶格的应力随着应变的增加而增加。这可能归因于微型支柱的应变硬化阶段。而直径为60μm的晶格则显示了脆性材料的典型应力曲线。

这一结果提醒我们在设计微晶格超材料时要考虑聚合物的尺寸。PμSL印刷的丙烯酸酯基树脂结构的这种尺寸依赖性机械行为能够在广泛的范围内定制微晶格单元的材料强度和刚度，从而能够合理制造具有所需/可编程机械性能的微晶格支架，以开发新型微/纳米晶格机械超材料。

“如今，大桶光聚合3D打印技术，如PµSL，可以提供超高打印分辨率和大打印尺寸的完美结合，为具有明确层次结构的几何复杂组件铺平道路，用于结构和功能超材料，”卢教授解释说领导这项研究的机械工程系的杨。

“深入了解PμSL印刷聚合物在小长度尺度上的机械性能将加速先进机械超材料的发展，例如具有前所未有性能的微/纳米晶格材料。材料的尺寸相关机械性能一直是我研究的中心焦点。小组的研究。它也激励我们更多地关注利用这种尺寸效应来设计具有关键特征的先进机械超材料进入微/纳米级。