香港城市大学（城大）的研究团队成功研发一种新型「陶瓷墨水」，开发全球首套4D打印陶瓷技术。这项材料研究上的突破性进展，将为陶瓷结构的应用翻开新的一页，例如应用在电子产品制造、航空工业和太空探索方面。  | | 吕坚教授（左）、刘果博士以及研究团队开发全球首套4D打印陶瓷技术。 |
陶瓷熔点高，不能轻易铸造或造成不同形状；加上现时以3D打印的陶瓷前驱体通常较难变形，故有碍生产形状较复杂的陶瓷。
城大副校长（研究及科技）兼机械工程学讲座教授吕坚教授领导的研究团队，研发了一种新型的「陶瓷墨水」——一种聚合物和陶瓷纳米颗粒的混合物。采用这种新型墨水以3D打印出来的陶瓷前驱体，既柔软且可以拉伸至超过原来长度的三倍，能用于制造复杂的形状，例如折纸结构。
4D打印是指在传统3D打印的基础上，增加「时间」作为第四维度。3D打印物体在外部刺激下，例如机械力、温度或磁场，就可以随时间变形或自我组装。
在这项研究中，团队利用前驱体内储存的弹性能量来变形。当拉伸的陶瓷前驱体弹性能量被释放时，它会自我变形。经过热处理后，前驱体就会转化成陶瓷。
这种由弹性体衍生的4D打印陶瓷结构坚固，而且和一般的打印陶瓷相比，它的尺寸更大、强度更高。
吕教授说︰「整个系统听起来简单，但事实并非如此。从制作墨水到开发整套打印系统，我们用尽各种方法、作了多次尝试。就像在蛋糕上挤奶油一样，从奶油种类、唧嘴大小、挤压速度和力度，以至温度，很多因素都会影响结果。」
采用「陶瓷墨水」以3D打印出来的陶瓷前驱体，既柔软且可以拉伸，可用于制造复杂的形状，例如折纸结构。
这项创新发明刚在最新一期的顶级学术期刊《科学进展》上发表，题为「弹性体衍生的折纸陶瓷和4D打印陶瓷」。研究团队的所有成员均来自城大，包括研究助理刘果博士、高级副研究员赵岩博士、研究员吴戈博士。
吕教授说︰「凭藉陶瓷前驱体多样化的变形能力，它的应用范围广泛。」重要的应用范畴之一将是电子产品。陶瓷材料在传输电磁讯号方面较金属材料优越，随5G网络的到来，陶瓷产品将在电子产品制造中发挥更重要作用。陶瓷的艺术特性及其可塑成复杂形状的能力，亦可为消费者度身订做独一无二的陶瓷手机背板。
这项创新发明还可应用于航空工业和太空探索上。吕教授说︰「陶瓷坚固且耐热，因此4D打印陶瓷具有极高的潜力用于制作推进部件，应用在航空业。」
此项研究获得各方的支持，包括国家自然科学基金委员会重大项目、大学教育资助委员会的协作研究金和主题研究计划、透过国家贵金属材料工程技术研究中心香港分中心得到香港创新科技署的资助、广东省科学技术厅，以及深圳市科技创新委员会的资助。
解释是项研究的短片：
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