福建物構(gòu)所光固化3D打印智能結(jié)構(gòu)研究獲新進(jìn)展

來源：福建物構(gòu)所

導(dǎo)讀：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(shù)制備多功能的3D智能結(jié)構(gòu)是一個挑戰(zhàn)。

電子器件、柔性機器人、組織工程和生物醫(yī)學(xué)等尖端技術(shù)的快速發(fā)展需要具有精確結(jié)構(gòu)和多功能的3D智能組件。3D打印技術(shù)為復(fù)雜和定制化3D結(jié)構(gòu)的制造帶來革命性的變化，而形狀記憶聚合物（SMP）可以響應(yīng)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(jié)構(gòu)的制造中都顯示出巨大的潛力�；�于數(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(shù)制備多功能的3D智能結(jié)構(gòu)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(xué)基金的支持下，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所吳立新研究員團(tuán)隊合成了具有可水解的縮醛基團(tuán)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(gòu)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(fù)3D智能結(jié)構(gòu)是通過澆鑄具有動態(tài)二硫鍵的環(huán)氧樹脂/碳納米管復(fù)合材料（EPSS/CNTs）并犧牲3D打印模具獲得的，能夠?qū)崿F(xiàn)由近紅外光觸發(fā)的3D智能復(fù)合材料的逐步定點形狀記憶和自修復(fù)過程。這項工作為采用DLP 3D打印制造具有高精度結(jié)構(gòu)和多功能性的3D智能復(fù)合材料提供了獨特的策略，這將大大擴展3D智能結(jié)構(gòu)在尖端領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域。相關(guān)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(gòu)建近紅外輻射誘導(dǎo)自修復(fù)3D智能結(jié)構(gòu)

近年來，該團(tuán)隊在光固化3D打印樹脂研究方面取得了一系列重要進(jìn)展。包括光固化3D打印制備柔性應(yīng)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(gòu)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）。