具有面内材料性质变化的微桁架材料的制作方法
【专利说明】具有面内材料性质变化的微桁架材料
[0001]相关专利的交叉引用
[0002]本申请以引用方式将发明名称为“功能梯度三维有序开孔微观结构及其制造方法”的美国专利N0.8195023( “023专利”)和发明名称为“光性定向三维聚合物微观结构”的美国专利N0.7382959( “959专利”)全文纳入本文，如同以全文进行阐述。
技术领域
[0003]本发明涉及微桁架材料，更特别地涉及以薄片形式存在的具有沿薄板内的材料性质变化的微桁架材料。
【背景技术】
[0004]具有三维微桁架形状的聚合物多孔材料或三维(3D)微观结构有广泛的应用，包括作为机械结构用于支撑、缓冲和吸震的应用，作为热量或质量交换器或其部件的应用以及作为流量调节设备或材料的应用。
[0005]在这些应用中，理想的是一块材料的性质并非整块均匀，而是变化的。例如，在流动控制材料中，优选的是通过该块材料的某一部分的流动速率比另一部分大，或者，在一块用作缓冲垫的材料中，优选的是所述缓冲垫的某一部分比另一部分更加坚固。
[0006]因此，需要一种具有非均匀性质的微桁架材料。
[0007]发曰月概沐
[0008]本发明涉及一种具有沿薄板内的材料性质变化的微桁架薄板。例如，所述桁架元件的直径或它们的间距沿薄板内可以变化，便于提供一种适于以非均匀薄板为优选的应用的新型材料。
[0009]根据本发明的实施方案，提供一种微桁架薄板，包括:由多个第一自动传输的聚合物波导管限定并沿第一方向延伸的多个第一桁架元件；由多个第二自动传输的聚合物波导管限定并沿第二方向延伸的多个第二桁架元件；以及由多个第三自动传输的聚合物波导管限定并沿第三方向延伸的多个第三桁架元件；所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件作为一个连续体被整体提供；所述薄板的长基本上大于其厚度，并且所述薄板具有沿薄板的长分离的第一点和第二点。本文中处于所述第一点的所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的桁架元件的所述直径比处于所述第二点的所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的桁架元件的所述直径大至少10%。
[0010]在一个实施方案中，沿所述薄板长的处于所述第一点的所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的所述桁架元件的所述直径比处于沿所述薄板长的所述第二点的所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的所述桁架元件的所述直径大至少二的因数(a factor of two)。
[0011 ] 在一个实施方案中，所述第一桁架元件、所述第二桁架元件和所述第三桁架元件形成周期性结构，其中所述周期性结构的单位单元大小沿所述薄板的长基本上是恒定。
[0012]在一个实施方案中，所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的每一个的直径都小于10毫米。
[0013]在一个实施方案中，所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的每一个的直径都大于10微米。
[0014]在一个实施方案中，所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件交叉于节点，其中，所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中每一个的直径都小于节点间最小距离的1/3。
[0015]在一个实施方案中，所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件交叉于节点，其中在所述微桁架薄板中某一点处，所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中每一个的直径都大于节点间最小距离的1/20。
[0016]在一个实施方案中，所述薄板的宽度基本上大于其厚度，其中沿所述薄板的宽处于第三点的所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的桁架元件的直径比处于沿薄板的宽的第四点处的所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的桁架元件的直径大至少10%。
[0017]在一个实施方案中，所述薄板的宽度基本上大于其厚度，其中沿薄板的宽处于第三点的所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的桁架元件的直径比沿所述薄板的宽处于第四点处的所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的桁架元件的直径大至少二的因数。
[0018]在一个实施方案中，所述第一桁架元件、所述第二桁架元件和所述第三桁架元件形成周期性结构，其中沿所述薄板的长处于所述第一点处的所述周期性结构的单位单元大小不同于沿所述薄板的长处于所述第二点处的单位单元大小(unit cell size)。
[0019]在一个实施方案中，所述沿薄板的长处于第一点处的所述周期性结构的单位单元大小是所述沿所述薄板的长处于第二点处的单位单元大小的正整数倍。
[0020]在一个实施方案中，所述处于所述第一点的所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的所述桁架元件的直径与处于所述第一点的节点之间的最小距离之比基本上与所述处于所述第二点的所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的所述桁架元件的直径与处于所述第二点的节点之间的最小距离之比基本上相同。
[0021]在一个实施方案中，所述沿所述薄板厚度处于第三点的所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的桁架元件的直径比所述沿所述薄板厚度的处于第四点的所述多个第一桁架元件、所述多个第二桁架元件和所述多个第三桁架元件中的桁架元件的直径大至少10%。
[0022]根据本发明的实施方案，提供一种三维有序开孔薄板，具具有基本上大于其厚度的长，并且包括:在所述薄板的第一区域内由多个第一自动传输的聚合物波导管限定的第一三维互连模式的桁架元件；在所述薄板的第二区域内由多个第二自动传输的聚合物波导管限定的第二三维互连模式的桁架元件，所述第二区域与所述第一区域沿所述薄板的长互相分离，所述第一三维互连模式与所述第二三维互连模式不同；以及与所述第一三维互连模式的桁架元件和所述第一三维互连模式的桁架元件连接为一个连续体的过渡体。
[0023]在一个实施方案中，所述过渡体是由多个第三自动传输的聚合物波导管限定的第三三维互连模式的桁架元件，所述第三三维互连模式与所述第一三维互连模式以及所述第二三维互连模式都不相同。
[0024]在一个实施方案中，所述第一和第二三维互连模式三维有序。
[0025]在一个实施方案中，所述第三三维互连模式的所述桁架元件分别沿不同方向延伸；并且所述第三三维互连模式的所述桁架元件在多个节点处彼此贯穿以形成自支撑结构。
[0026]在一个实施方案中，所述第三三维互连模式的所述桁架元件中至少两个在多个节点的某个节点处以非垂直的角度彼此交叉。
[0027]在一个实施方案中，所述第三三维互连模式的桁架元件中至少三个在多个节点的某个节点处以非垂直的角度彼此交叉。
[0028]在一个实施方案中，所述第三三维互连模式的桁架元件中至少四个在多个节点的某个节点处以非垂直的角度彼此交叉。
[0029]附图简沐
[0030]参考说明书、权利要求书以及附图，本发明的这些以及其他特征和优势将变得更清楚，同样变得更好理解。
[0031]图1A为根据本发明的实施方案的形成部分微桁架薄板的微桁架结构的透视图；
[0032]图1B为根据本发明的实施方案的微桁架薄板的单位单元的