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材料科学：階層的液晶ポリマー構造体の三次元印刷
Nature 561, 7722 doi: 10.1038/s41586-018-0474-7
ファイバー強化ポリマー構造体は、航空機、車両、医用インプラントなどに高剛性軽量材料が必要な場合に用いられることが多い。そうした軽量材料は、剛性や強度が非常に高いにもかかわらず、製造工程に多くのエネルギーと労力を要し、脆性破壊を示すことが多く、成形やリサイクルが困難である。これは、骨、絹、木材といった、誘導自己組織化によって優れた機械的特性有する複雑で階層的な形状体を形成する、環境に循環的に統合される軽量生体材料とは著しく対照的である。今回我々は、階層構造、複雑形状、かつてない剛性と靭性を兼ね備えた、リサイクル可能な軽量構造体を作製する三次元（3D）印刷法を実証する。こうした特徴は、溶融原料の押出時に液晶ポリマー分子の自己集合によって高配向ドメインが形成されることに起因する。印刷経路によって分子ドメインを配向させることで、期待される機械的応力に応じてポリマー構造体の強化が可能になり、最先端の3D印刷ポリマーよりも性能が1桁高く、最高性能の軽量複合材料に匹敵する剛性、強度、靭性が得られた。3D印刷のトップダウン型の成形自由度とポリマー配向へのボトムアップ型の分子制御を両立できるため、現行の製造工程にありがちな制約を受けることなく、構造体を自由に設計し実現する可能性が開かれる。
