北理工：先驱体转化SiOC陶瓷微点阵结构

近年来，具有人工设计周期性结构的点阵结构因其表现出优异的力学性能，已成为结构力学领域的研究热点之一。然而，传统机械加工的方法难以实现复杂结构PDC-SiOC点阵结构的高精度制造。 北京理工大学何汝杰教授使用摩方精密面投影微立体 (PμSL) 光刻3D打印技术（nanoArch® S140pro，精度：10 μm）对PDC-SiOC微点阵结构的高精度制造工艺进行了研究。采用苏丹III作为光吸收剂，对光敏前驱体进行改性并光固化3D打印。结果表明，苏丹III对改性光敏树脂的紫外光吸收、流变行为与光固化过程影响显著。通过精准控制苏丹III加入量，能够有效调控PDC-SiOC微点阵的3D打印精度。随着苏丹III含量从0.02 wt.%增加到0.06 wt.%，3D打印精度由180%提高到12.5%，实现了PDC-SiOC微点阵的高精度制造。 此外，团队还通过XRD、拉曼、FTIR等表征手段对先驱体聚合物的陶瓷化过程进行了研究。热解过程中先驱体聚合物表面的C-H、C=O、Si-O等有机官能团发生断裂，并以小分子气体的形式释放出，造成聚合物热解质量损失 (约73.5%) 及体积收缩 (约43%) 。热解后所得PDC-SiOC微点阵结构未被破坏，且结构为无定型。 团队进一步尝试对PDC-SiOC微点阵在更小的尺度进行高精度制造，成功制备出具有不同特征尺寸的微点阵结构。获得的PDC-SiOC微点阵结构杆径尺寸52 ~ 220μm。此外，研究人员对PDC-SiOC微点阵结构在小尺度下的力学强度增强效应进行了研究。结果表明，随着杆径从220 μm减小到52μm，微点阵结构的抗压强度从8 MPa提高到31 MPa。Branicio等人的报道指出，脆性陶瓷在破坏过程中形成的微裂纹产生于位错线性成核。尺寸效应可能是由于破坏过程中材料微区出现的“位错饥饿”现象。与更大杆径尺寸相比，位错在小尺寸桁架移动和繁衍过程中更趋向于材料表面，从而使PDC-SiOC微点阵力学强度增加。 与现有报道相比，团队制备的3D打印PDC-SiOC微点阵结构打印精度更高、力学性能更好，为高精度、高强度PDC-SiOC的研究工作提供了指导和启发，并为PDC-SiOC微型器件的应用提供制造基础。