福建物構(gòu)所光固化4D打印研究獲進展

來源:福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所

4D打印技術(shù)是將3D打印技術(shù)與智能材料結(jié)構(gòu)結(jié)合起來發(fā)展出的新技術(shù)，智能材料結(jié)構(gòu)在3D打印基礎(chǔ)上受外界環(huán)境激勵下隨著時間實現(xiàn)自身的結(jié)構(gòu)變化，從而使三維物體增加了一個時間維度。4D打印技術(shù)可改變傳統(tǒng)的“機械傳動+電機驅(qū)動”的模式，使物體在地下管道、航天器、人體器官等難以接觸到的地方進行自我組裝，2016年被列為未來十大顛覆世界的技術(shù)之一，在航空航天、電氣自動化、機器人、紡織材料、組織工程、醫(yī)療器械、藥物輸送載體等領(lǐng)域有很多的應(yīng)用前景。

最近，中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所、中科院功能納米結(jié)構(gòu)設(shè)計與組裝重點實驗室吳立新團隊在科技部國家重點研發(fā)計劃重點專項和海西研究院“一三五”重點培育項目的支持下，首次報道具有永久形狀可重構(gòu)性的4D打印形狀記憶聚合物，設(shè)計合成了一種帶有醛基的新型甲基丙烯酸酯單體（4-甲�；�苯甲酸2-（甲基丙烯酰氧基）乙酯，MEFB）和超支化硅氧烷交聯(lián)劑（HPASi），構(gòu)建出具有動態(tài)亞胺鍵的（甲基）丙烯酸酯體系（IEMSis），用以實現(xiàn)4D打印。HPASi的柔性鏈結(jié)構(gòu)顯著提高了IEMSis的韌性，約為添加前的33-97倍。HPASi的交聯(lián)作用也賦予IEMSis良好的形狀記憶性能，它們的形狀固定率和形狀恢復率分別為97.5-97.6％和91.4-93.7％。同時，在沒有催化劑和相對溫和的條件下，IEMSis可以通過亞胺鍵的動態(tài)交換實現(xiàn)應(yīng)力松弛，使得4D打印的永久形狀在特定條件下還可以重構(gòu)，因而可望擴展4D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（2019, DOI：10.1021/acsami.9b14145）。博士后繆佳濤為該論文的第一作者。該研究采用林文雄團隊研發(fā)的設(shè)備，成果已在海西研究院參股公司國銳中科應(yīng)用。

此前，該團隊在作為4D打印基礎(chǔ)的3D打印樹脂研究方面取得一系列進展。納米粒子增強熱塑性3D打印樹脂成果發(fā)表在Materials & Design（2016, 102, 276-283），已被引用193次，被愛思唯爾出版集團列為該雜志Most Cited Articles；納米粒子增強光固化3D打印樹脂成果發(fā)表在Composites Part A（2019, 117, 276-286）和Composites Part A（2016, 88, 234-242）；稀土磁性3D打印樹脂成果發(fā)表在Journal of Alloys and Compounds（2017, 715, 146-153）；可發(fā)泡3D打印樹脂成果發(fā)表在Advanced Engineering Materials（2018, 20, 1800215）和Materials & Design（2016, 105, 152-159）；與許瑩團隊合作研究的雙固化3D打印樹脂體系發(fā)表在Journal of Materials Science（2019, 54, 5865-5876），受到了國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b14145