孙亚飞材料科学前沿报告学习心得

孙亚飞材料科学前沿报告学习心得

形状记忆，说的是一种材料能够恢复原状的特性。4D打印，是在3D打印的基础上，加入时间维度。这种材料，由意大利贝尔加莫大学的卢西亚·泽玛（Lucia Zema）团队完成，成果发表在药剂学顶级期刊《国际药学》上。是不是觉得，这每个字都听得懂，但就是很难想象出它的样子？不要紧，接下来，我就带你详细了解它。要了解这种形状记忆材料，我得先给你介绍研发它的技术：4D打印。你可能会觉得，3D打印技术我都很少见，4D技术又是个啥？我给你举个例子，你就明白了。简单来说，3D打印技术，是一种立体打印。比如说，打印出一个花骨朵，或者是一座吊桥的模型。那现在，在这个基础上，我给你出道题。还是请你打印出一个花骨朵。但是，这个花骨朵，要在12小时后盛开，并在24小时后凋谢。这又该怎么实现呢？这就要用到4D打印技术了，就是做出一种材料，它能够随着时间改变，发生形状上的变化。你可以简单理解为，它是一种能把时间打印出来的技术。说起来，4D打印的这个想法，其实并不是材料学家的原创。它最早由麻省理工学院的建筑设计师斯凯拉·迪比斯（Skylar Tibbits）提出。迪比斯是个很有活力的设计师，对数学、化学尤其感兴趣。他的很多作品都体现出了工程之美。2013年，在参加一次TED演讲时，迪比斯提出了一个想法。从普通的2D打印到3D打印，我们实现了从平面到立体的升级。但是，物理学已经告诉我们，宏观世界并不只是三维。加上时间这个维度后，我们其实生活在一个四维时空之中。既然3D打印可以制造出空间立体的作品，那是不是有可能出现4D打印，制造出具有四维时空的东西？看上去，这很像是个纯理论的设想。实际上，它是一个真实存在的问题。我们真实世界中，几乎所有的事物，都不是一成不变的。

尤其是建筑领域。绝大多数建筑物在被建造之前，设计师都要考虑它们随时间发生的变化。因为在建筑物身上，时间能改变的东西太多了，最典型的就是力学上的变化。当一辆重卡从桥的一头开向另一头的时候，桥梁所受的力也在发生着改变。如果仔细观察，桥梁实际上也会因此出现微小的形变。那设计桥梁的时候，设计师就不能只考虑桥梁静态的承重，更要考虑动态参数的变化。当然，桥梁发生的变化，你可能看着不明显。我再给你说一个感受更深的案例：吊桥。很多旅游景点都有吊桥。有的吊桥比较简陋，就是麻绳连接起来，铺上小木板。有些吊桥很有特色，通体都是用竹子做成。还有的吊桥比较现代化，用的是钢管栏杆，铺的是玻璃。但不管这些吊桥是用什么材料做的，你走上桥以后，都能感受到桥在晃动。

至于桥具体是怎么晃的，这就是吊桥设计师的工作了。下次有机会走吊桥，你可以仔细感受下，可能有的桥是左右晃动，有的桥会则是像波浪一样，上下起伏。我自己就有这样的亲身体会。有次开车路过一架特别大的跨江大桥，就明显感觉到，桥在晃动，一点都不夸张。除了这些力学作用带来的变化，还有温度变化带来的影响。像热胀冷缩，就是所有大型建筑、桥梁道路以及电网都需要考虑的因素。比如夏天的时候，电工师傅安装电线，就会有意识地把两根电线杆之间的线，拉得宽松一些。因为电线的长短，会在温度的作用下变化，夏天会变长，冬天会变短。如果夏天时电线拉得很紧，那冬天就会崩断。更有名的案例，应该是比萨斜塔。因为设计失误，没有考虑动态变化，塔还没建完的时候，就开始歪了。虽然它现在意外成了著名的旅游景点，但对建筑师来说，这其实是个教训。现在要有设计师出现这么大的失误，那他的专业度是要受到质疑的。