微点阵材料的制备与力学性能研究

Micro-lattice materials, with efficient micron-level architectures, become a hot topic in the fields of materials and mechanics, due to their rapid manufacturing capability, outstanding mechanical properties and multifunctional potential. However, few work was done domestically up to date. This project will design and fabricate several micro-lattice materials with novel micro-structure or modified parent material, based on self-propagating waveguide method for polymer micro-lattices. The main content includes: by designing mask graph, using self-propagating waveguide method to fabricate micro-lattice materials with novel micro-structure; exploring fabrication technique for micro-lattice composites by modifying parent polymer; analyzing mechanical properties for those novel micro-lattices experimentally and theoretically. From those studies, several novel micro-lattice materials of better performance will be developed together with their fabrication techniques, which can enrich the database of engineering materials and promote the development of advanced manufacturing and finally the country's real economy. Moreover, how those lightweight materials and the corresponding fabrication techniques act in aerospace industry will also be explored.

微点阵材料是一种具有微米尺度胞元的轻质材料，因其可快速成型的制备方法、优异的力学性能及多功能潜力，成为材料与力学领域的国际前沿热点，然而国内目前在该领域仍处于空白。本项目基于国外提出的自蔓延聚合物波导法，设计、制备新构型或材料体系的微点阵材料，并对新型微点阵材料的力学性能进行研究，主要内容包括：研究自蔓延聚合物波导法，设计新的掩膜版图形，制备新构型微点阵材料；改进光敏树脂材料体系，探索微点阵复合材料的制备技术；理论与实验相结合对新型微点阵材料的等效力学性能进行分析。通过研究，掌握微点阵材料的制备技术，发展性能潜力更为优异的新型微点阵材料，丰富工程选材库，并探索这类材料及其快速制备技术在航空航天领域的应用，推动国家实体经济的发展和国防建设。

超轻质微点阵材料，是一种含有序微结构的轻质多功能材料，是目前国际前沿热点。本项目通过微纳米及复合材料制造技术，设计并制备了多种新型微结构材料，主要研究成果包括：设计了一类新的蜂窝材料Honeytube，具备更高的抗屈曲性及以及优异的耐撞性能，在实际应用中可用于防护性结构设计及结构耐撞性方面；设计了几种多层级微点阵结构，利用立体光固化技术，对多层级结构强化的设计准则进行了实验与理论研究，改变了传统观念中对于点阵材料与相对密度有直接关系的理解；拓展了一种用增材制造思想来批量化制备复合材料点阵结构的方法，对结构性能及工艺影响因素进行了细致的讨论，实现复合材料点阵结构的低成本批量化制造。研究成果为航空航天及汽车领域轻量化技术提供了材料选择及技术储备。本项目在完成研究内容的基础上，申请国家发明专利2项，已授权一项，在领域内一流国际杂志上发表SCI检索文章5篇，发表会议论5篇，培养研究生四名。