福建物構所光固化3D打印智能結構研究獲新進展

來源：福建物構所

電子器件、柔性機器人、組織工程和生物醫(yī)學等尖端技術的快速發(fā)展需要具有精確結構和多功能的3D智能組件。3D打印技術為復雜和定制化3D結構的制造帶來革命性的變化，而形狀記憶聚合物（SMP）可以響應環(huán)境刺激來改變它們的幾何形狀、性能和功能，這兩者在3D智能結構的制造中都顯示出巨大的潛力?；跀?shù)字光處理（DLP）的3D打印為智能材料的制備提供了新思路，但材料類別僅限于光敏樹脂。納米顆粒可以賦予材料功能，但高含量或吸收紫外線的納米材料都與DLP 3D打印不兼容。因此利用快速高精度的DLP 3D打印技術制備多功能的3D智能結構是一個挑戰(zhàn)。

在科技部國家重點研發(fā)計劃重點專項和國家自然科學基金的支持下，中科院福建物質結構研究所吳立新研究員團隊合成了具有可水解的縮醛基團的雙官能丙烯酸酯單體TBMMA，并用作4-丙烯酰嗎啉（ACMO）的交聯(lián)劑，通過DLP 3D打印來構建熱固性犧牲模具。TBMMA的加入同時提高了樹脂的打印精度和高溫下的尺寸穩(wěn)定性。3D打印的模具可以在溫和的醋酸溶液條件下水解。自修復3D智能結構是通過澆鑄具有動態(tài)二硫鍵的環(huán)氧樹脂/碳納米管復合材料（EPSS/CNTs）并犧牲3D打印模具獲得的，能夠實現(xiàn)由近紅外光觸發(fā)的3D智能復合材料的逐步定點形狀記憶和自修復過程。這項工作為采用DLP 3D打印制造具有高精度結構和多功能性的3D智能復合材料提供了獨特的策略，這將大大擴展3D智能結構在尖端領域的應用領域。相關成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal（2022, 427, 131580.）。論文的第一作者是繆佳濤博士。

圖：光固化3D打印犧牲熱固性模具用于構建近紅外輻射誘導自修復3D智能結構

近年來，該團隊在光固化3D打印樹脂研究方面取得了一系列重要進展。包括光固化3D打印制備柔性應變傳感器（Advanced Functional Materials, 2021, 31, 2008729、ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 6479？6488）；生物基高耐熱3D打印樹脂（ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2020, 8, 9415-9424）；光固化可重構4D打印形狀記憶聚合物（ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11, 40642？40651）；納米粒子改性光固化3D打印樹脂（Chemical Engineering Journal, 2020, 394, 124873、ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 4917-4926、Composites Part A, 2019, 117, 276-286）；以及與許瑩課題組聯(lián)合研發(fā)的高強耐高溫氰酸酯3D打印樹脂（ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 38682-38689）和雙固化3D打印樹脂體系（Journal of Materials Science, 2019, 54, 5865-5876）。



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https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131580