摩方精密2024年科研文章汇总（下）

摩方精密作为全球微纳3D打印技术及精密加工能力解决方案提供商，凭借原创技术实力、优质服务水平和科技创新能力，为全球40个国家的700多家科研机构提供了强大动力，助力科研人员深入探索各个领域，并取得了众多开创性的研究成果。

如今，在公开学术网站上，含有“摩方/BMF”字样的相关论文数量逐年攀升，2024年更是达到了百余篇，其中更有发表于包括Science、Nature在内的国际一流学术期刊上的多篇论文。

本篇将深入剖析微纳3D打印技术如何在仿生学、新材料、超材料、太赫兹以及微纳制造关键领域发挥其颠覆性的作用，为科研工作者提供一个全面、具体且具有实践价值的研究方向参考。

仿生学
摩擦电双模态触觉传感器
■ 发表期刊：《Science Advances》
■ 研究团队：香港科技大学（广州）訾云龙教授、夏欣教授和暨南大学杨希娅教授团队
■ DOI：10.1126/sciadv.ado6793

该联合团队开发了一种基于摩擦电效应的双模态智能触觉传感器（BITS），进一步使用摩方面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术（nanoArch® S140，精度：10 μm）将BITS结构微型化，以便集成到电子皮肤中。

团队深入研究了摩擦电信号与材料柔软度的相关关系，将摩擦电效应电压/接触高度的关系及力学赫兹接触理论结合起来，使用接触高度和接触压力反应材料柔软度，实现材料柔软度和种类的识别并量化模量，为推动类肤触觉传感器在多模态信号检测的应用提供了新的思路。

仿生双模态智能触觉传感器

强摩擦和弱黏附柔性附着设计策略
■ 发表期刊：《Tribology International》
■ 研究团队：南京航空航天大学机电学院姬科举副研究员/戴振东教授课题组
■ DOI：10.1016/j.triboint.2023.108973

该课题组根据仿生原理设计和制造了一种可以同时实现强摩擦力和弱黏附力的仿生柔性附着机构，灵感来自于昆虫光滑足垫的内部角质层结构。

研究中设计的仿生柔性垫采用硬质模板法制备，所有模具均使用摩方microArch® S140（精度：10 μm）光固化3D打印系统制造。该研究通过仿生设计原理实现了一种简单的增摩减黏柔性附着结构设计策略，为机器人抓持器与附着单元的设计与制造提供了新思路。

通过模具浇筑制造仿生柔性垫

仿鱼皮Janus水凝胶涂层
■ 发表期刊：《Chinese Journal of Chemistry》
■ 研究团队：武汉大学动力与机械学院薛龙建教授课题组联合工业科学研究院赵焱教授
■ DOI：10.1002/smll.202409121

该研究团队设计开发了一种具有鱼鳞结构的Janus水凝胶涂层（JHC），该涂层由具有仿鱼鳞结构的减阻上表面（SLH）和较强黏附性能的下表面（STH）组成。

研究人员通过摩方microArch® S230（精度：2 μm）打印了以翘嘴鱼鱼鳞为原型的仿生模板。并通过调控STH和SLH水凝胶体系中的单体、交联剂和第二网络聚合物含量，可以改变两层水凝胶的交联程度，进一步控制涂层的黏-滑性能，对管道运输、微流体和航运业的减阻有着重大意义。

Janus水凝胶涂层

仿生Janus微流体制氢仿生功能器件
■ 发表期刊：《Chemical Engineering Journal》
■ 研究团队：哈尔滨工业大学帅永教授团队
■ DOI：10.1016/j.cej.2024.155261

受到大自然中树木的通气组织和水分运输功能的启发，帅永教授团队提出了一种具有高效气液分离效率的仿生Janus微通道，并将其应用在微通道电解制氢领域以提高催化效率。

研究人员通过摩方nanoArch® S140（精度：10 μm），设计制造了一种具有主动式气液分离的仿生Janus微通道。这种通过湿润性不对称界面改性的气体操控方法，适用于微重力等极端环境，为在太空中高效、可靠地生产和利用氢气提供一种新思路。

仿生Janus微通道

超材料
结构化材料极限力学性能设计准则
■ 发表期刊：《Advanced Science》
■ 研究团队：西安交通大学的洪军、李宝童课题组
■ DOI：10.1002/advs.202307279

研究团队经过严谨的数学公式推导，建立了一种精准计算力学性能的理论模型，并基于模型进一步提出了用于获取可编程极限性能的几何设计准则。

团队采用摩方microArch® S240（精度：10 μm）3D打印系统，完成了在杨氏模量上具有两个数量级以上增强效果的材料样件的制备，并实现了样件在长度尺度上由微米尺度到宏观尺度的跨越。

HAMs的构造设计策略

微点阵力学超材料
■ 发表期刊：《Cell Reports Physical Science》
■ 研究团队：香港大学机械工程系陆洋教授课题组、香港理工大学温燮文教授
■ DOI：10.1016/j.xcrp.2024.102172

该合作团队通过结合拉伸主导型的高机械效率octet-truss拓扑构型，成功制备了具有可定制化机械性能的透明玻璃微点阵力学超材料。课题组通过采用摩方nanoArch® P130 & nanoArch® S140，制备了一系列具有不同拓扑构型的玻璃微点阵超材料。

该进展拓宽了力学超材料的种类范围，为实现轻量化高强度透明超材料铺平了道路，并为各类多功能应用提供了机会。

玻璃微点阵力学超材料的制备

异质结构力学超材料
■ 发表期刊：《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》
■ 研究团队：香港大学陆洋教授课题组
■ DOI：10.1016/j.jmps.2024.105658

受皇后海螺壳交叉层状微结构的三维分层和交互式结构概念的启发，研究人员设计了一种新型的生物启发力学超材料。实验人员利用摩方nanoArch® S140（精度：10 μm），实现了超材料样品的高分辨制备。

这种创新设计允许采用一种优美的失效机制，即允许出现大量受控剪切带并将其限制在有限的空间域内，从而大大增强了超材料的机械完整性和整体的应变均匀性，为设计强韧的超材料提供了新的视角。

交叉层状结构示意图

新材料
自愈合可降解的离子弹性体
■ 发表期刊：《Chemical Engineering Journal》
■ 研究团队：广西大学龙雨教授团队
■ DOI：10.1016/j.cej.2024.149330

团队研发出了具有高自愈合效率、耐温性、可降解性以及可3D性的CIEs。利用紫外光固化合成的CIEs展现出良好的离子电导率，并且在弹性体网络中丰富的氢键相互作用下，使该CIEs具备优异的拉伸能力，极佳的自愈效率、降解能力，以及在宽温度范围内保持导电和自愈合能力。

该团队利用摩方nanoArch® S140（精度：10 μm)，打印了模拟人体皮肤表皮层与真皮层之间微结构的CIEs，并将打印出的样件组装成高灵敏度的离子皮肤，实时监控微小形变。这些特点表明，良好的综合性能和可行的制造方法使得所研发的CIEs在柔性电子领域具有广阔前景。

PACG导电离子弹性体

网络形状记忆聚合物的可重构4D打印
■ 发表期刊：《Science Advances》
■ 研究团队：南方科技大学葛锜教授课题组
■ 原文链接：10.1126/sciadv.adl4387

葛锜教授课题组开发了一种适用于高分辨率DLP 3D打印的高力学性能共价适应性网络形状记忆聚合物（MRC-SMP），实现了可完全重构、高断裂应变、高精度4D打印。

团队利用摩方microArch® S240 （精度：10 μm），可以打印出高复杂度高精度的可重构形状记忆三维晶格结构。可打印MCR-SMP卓越的可重新配置性和可焊接性彻底改变形状记忆三维结构的制造方式。

MRC-SMP优异的高力学性能和可打印性

新型可光固化的邻苯二甲腈（PN）单体
■ 发表期刊：《Additive Manufacturing》
■ 研究团队：新加坡南洋理工大学胡晓教授团队
■ 原文链接：10.1016/j.addma.2024.104053

团队报道了新型可光固化的邻苯二甲腈（PN）单体并制备了可3D打印树脂，通过PμSL技术以及固化热解处理，成功实现了玻璃碳的精密微加工。

研究者采用摩方nanoArch® S140 （精度：10 µm）3D打印系统将得到的树脂打印成型具有微米分辨率的3D结构。此方法为推进玻璃碳在医疗工具、电化学器件、精密微成型设备，以及在能源和航空航天技术中的应用提供了一个新的设计思路。

微流控声空化器件

太赫兹
即插即用太赫兹多功能超器件
■ 发表期刊：《Virtual and Physical Prototyping》
■ 研究团队：南开大学王晓雷教授研究团队
■ DOI：10.1080/17452759.2024.2430335

王晓雷教授研究团队提出了一种可重构多功能超器件平台。该平台通过集成金属波导阵列（MWA）和三维打印结构，实现了独立且同时操控两个正交偏振太赫兹波的偏振、相位和振幅。

该研究利用摩方microArch® S350（精度：25 μm）3D打印设备制备了由 16 × 16 个单元组成，周期分别为 2.7 毫米，高度为 5 毫米的三维打印结构。本研究提出了一种新的模块化设计方法，为太赫兹可重构多功能超器件的开发提供了重要的理论与技术支持，尤其在雷达、无线通信和成像等领域的大规模应用中具有广阔的前景。

太赫兹可重构多功能超器件平台

非制冷蝴蝶结阵列光增强太赫兹探测器
■ 发表期刊：《IEEE SENSORS JOURNAL》
■ 研究团队：聊城大学的张丙元教授、宋琦副教授团队联合厦门理工学院林洪沂副教授
■ DOI：10.1109/JSEN.2024.3385537

该团队合作设计了一种3D蝴蝶结结构阵列覆盖外尔半金属薄膜的太赫兹波探测器，并实现了外加光场增强其性能。该团队利用摩方nanoArch® S130（精度：2 μm )3D打印设备实现了微结构阵列的低成本高精度制备，并在器件上制备高质量外尔半金属薄膜，获得具有高灵敏度、低等效噪声功率和有效探测面积大的太赫兹波探测器。

该制备方法成功解决了非制冷高灵敏度大面积的太赫兹探测器灵敏度可由外场增强的问题，进一步验证了面投影微立体光刻（PμSL）技术用于制备6G波段的非制冷高性能太赫兹探测器的可行性。

设备设计与表征

微纳制造
具有高3D能力和结构精度的定制微针制造
■ 发表期刊：《Additive Manufacturing》
■ 研究团队：北京理工大学姜澜院士、韩伟娜研究员团队
■ DOI：10.1016/j.addma.2024.104509

该团队提出了一种新型制造高精度三维微结构的加工方法，并采用摩方面投影微立体光刻（PµSL）3D打印技术和飞秒激光贝塞尔光束制孔相结合的方法创建了具有高度定制、精确结构（包括尺寸精度和深径比）和高效加工的三维结构。

研究人员将该技术成功应用于定制微针的生产，包括斜尖微针和多孔微针，证明了该技术具有广泛、高效的微孔加工能力，峰值制孔速度可达每秒20万个孔。这项技术不仅为制造具有微细腔体结构的三维器件提供了创新方法，而且具有广泛的工业应用前景。

新型制造方法原理图

树脂基面密度梯度飞片
■ 发表期刊：《Journal of Materials Research and Technology》
■ 研究团队：武汉理工大学罗国强教授课题组
■ 原文链接：10.1016/j.jmrt.2024.03.106

该课题组通过使用摩方microArch® S240（精度：10  μm）制备出树脂基轻气炮驱动面密度梯度飞片（ADGF）。通过对面密度梯度分布和针尖数量密度进行设计，实现了对104 s-1量级加载应变率的调控。

这一加载应变率范围是现有常见加载技术难以实现的，对于应用于航空航天、国防军工、精密切削等极端服役载荷领域的关键材料，获取它们在不同应变率下的物性参数并构建材料数据库是十分重要的。

不同ADGF的针尖结构模型

总结
摩方始终专注于微纳3D打印技术的创新开发与深度应用，致力于打造全方位、一体化的精密制造智能解决方案，覆盖了从3D打印服务、自主研发的材料体系、到定制化设备等关键环节，更延伸至整个高端制造链的优化与重塑。

2024年，通过摩方的专业服务，众多知名高校和科研机构得以在科研验证过程中实现效率的提升和成本的降低，显著提升了科研项目从理论到实验验证的生命周期价值链。

展望未来，摩方将继续专注于加速科研成果的转化进程，为科研工作者打造一个更加先进、灵活且高效的创新平台，实现科研项目的高质量发展和创新成果的快速落地。