鄭大：超快可見光誘導(dǎo)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合及其在3D打印中的應(yīng)用

來源：鄭州大學


在國家自然科學基金項目資助下， 鄭州大學龐新廠教授研究團隊 在可控/“活性”自由基聚合方法及應(yīng)用方面取得新進展。 相關(guān)工作以“ 基于碳量子點催化的超快可見光誘導(dǎo)水相ATRP及其在3D打印中的應(yīng)用”為題，于近日在《美國化學會志》雜志在線發(fā)表。 材料科學與工程學院2019級碩士生喬梁為文章的第一作者，2020級博士生周夢杰為共同第一作者 。

ATRP技術(shù)已被證明是一種優(yōu)異的聚合物凝膠制備方法，能夠得到比傳統(tǒng)聚合方法更均一的聚合物網(wǎng)絡(luò)。然而，傳統(tǒng)的ATRP聚合速度慢并且耐氧性差，限制了其在增材制造（3D打�。╊I(lǐng)域的應(yīng)用。 該團隊首次將碳量子點（CQDs）引入到水相ATRP中，開發(fā)了一種超快可見光誘導(dǎo)聚合體系。優(yōu)化后的聚合反應(yīng)在數(shù)分鐘的可見光照射下即可獲得很高的單體轉(zhuǎn)化率(>90%)，且聚合物的多分散度（PDI）低于1.25。由于CQDs的作用，聚合體系表現(xiàn)出優(yōu)異的耐氧特性，使其能夠適用于數(shù)字光處理（DLP）3D打印，打印出的物體具有良好的尺寸精度。此外，CQDs優(yōu)異而穩(wěn)定的光學性能也為打印制品提供了有趣的光致發(fā)光能力 （圖1）。該項研究工作從綠色化學的角度出發(fā)， 將CQDs引入到水相photo-ATRP體系，通過可見/自然光照射制備具有明確結(jié)構(gòu)的聚合物，并且這種ATRP介導(dǎo)的3D打印過程將為制備功能性和刺激響應(yīng)性水凝膠提供一個新方法 。

△圖 1. 碳量子點（CQDs）催化的超快速水相光誘導(dǎo)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）及其在增材制造(3D打印)領(lǐng)域的應(yīng)用。

針對傳統(tǒng)可控/“活性”自由基聚合方法及應(yīng)用的局限性（例如反應(yīng)溫度高、金屬催化劑難以去除、聚合效率低等），課題組近年來發(fā)展了一系列新型可控/“活性”自由基室溫聚合體系（ATRP、RAFT、NMP等），優(yōu)化了復(fù)雜結(jié)構(gòu)共聚物的合成條件，提高了功能聚合物的合成效率，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)功能聚合物以及功能材料的精確設(shè)計與可控制備提供了更為方便的合成手段。