西安交大4D打印材料取得突破，具有優(yōu)異的自修復(fù)性和重塑性

來源：陜西日報(bào)


2022年7月12日，南極熊獲悉，西安交通大學(xué)張彥峰教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種具有強(qiáng)機(jī)械性能和良好的生物相容性、以動態(tài)硫代氨酯鍵作為動態(tài)可逆交聯(lián)點(diǎn)的共價(jià)可適網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)了4D打印。相較于傳統(tǒng)光固化3D打印樹脂，此材料具有優(yōu)異的自修復(fù)性、重塑性，在機(jī)器人、智能警報(bào)器、生物植入體等領(lǐng)域有很大的潛在應(yīng)用空間。

4D打印因其在智能設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)和組織工程中的潛在應(yīng)用，引起了科研以及工業(yè)領(lǐng)域的極大興趣。其中，形狀記憶聚合物由于具有形變大、重量輕、恢復(fù)應(yīng)力大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在4D打印材料中至關(guān)重要。然而，4D打印形狀記憶聚合物通常由共價(jià)交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)組成，不變的永久形狀導(dǎo)致其形狀恢復(fù)方向單一，限制了4D打印的靈活性。

西安交通大學(xué)張彥峰：高強(qiáng)度聚硫氨酯共價(jià)自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu) 4D 打印

此外，雖然光固化3D打印具有更高的精度、分辨率和表面質(zhì)量，但目前光固化3D打印的形狀記憶聚合物結(jié)構(gòu)由于其不溶解和不熔化的共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，所得的打印結(jié)構(gòu)不可回收、不可修復(fù)，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境問題。因此，開發(fā)用于4D打印的高強(qiáng)度、可多次重構(gòu)、可回收和可自愈的材料至關(guān)重要。

西安交通大學(xué)張彥峰教授團(tuán)隊(duì)通過一系列實(shí)驗(yàn)，得到了分辨率高、表面光滑的聚硫氨酯(4DP-PTU)結(jié)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)光固化3D打印樹脂，4DP-PTU由于動態(tài)硫代氨酯鍵而具有優(yōu)異的自修復(fù)性、重塑性。4DP-PTU打印結(jié)構(gòu)在發(fā)生損壞后，可通過“斷面再打印”的方式進(jìn)行修復(fù)，使性能恢復(fù)如初，并且可對4DP-PTU粉末通過簡單的熱壓處理，實(shí)現(xiàn)自愈合與從粉末到塊體材料的重塑，且自愈合或重塑后依然保持與原塊狀材料相同的機(jī)械性能，解決了已有4D打印技術(shù)難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)抓取與釋放的問題，有望應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域。