福建物構所光固化4D打印研究獲新進展

4D打印技術是將3D打印技術與智能材料結構結合起來發展出的新技術,智能材料結構在3D打印基礎上受外界環境激勵下隨著時間實現自身的結構變化,從而使三維物體增加了一個時間維度。4D打印技術可改變傳統的“機械傳動+電機驅動”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年被列爲未來十大顛覆世界的技術之一,在航空航天、電氣自動化、機器人、紡織材料、組織工程、醫療器械、藥物輸送載體等領域有很多的應用前景。
最近,中科院福建物质结构研究所、中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室吴立新团队在科技部国家重点研发计划重点专项和海西院“一三五”重点培育项目的支持下,首次报道具有永久形狀可重构性的4D打印形狀记忆聚合物,设计合成了一种带有醛基的新型甲基丙烯酸酯单体(4-甲酰基苯甲酸2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯,MEFB)和超支化硅氧烷交联剂(HPASi),构建出具有动态亚胺键的(甲基)丙烯酸酯体系(IEMSis),用以实现4D打印。 HPASi的柔性链结构显著提高了IEMSis的韧性,约为添加前的33-97倍。 HPASi的交联作用也赋予IEMSis良好的形狀记忆性能,它们的形狀固定率和形狀恢复率分别为97.5-97.6%和91.4-93.7%。同时,在没有催化剂和相对温和的条件下,IEMSis可以通过亚胺键的动态交换实现应力松弛,使得4D打印的永久形狀在特定条件下还可以重构,因而可望扩展4D打印技術的应用范围。相关研究成果发表在ACS Applied Materials & Interfaces(2019, DOI:10.1021/acsami.9b14145.)。博士后缪佳涛为该论文的第一作者。该研究采用林文雄团队研发的设备,成果已在海西院参股公司国锐中科应用。
此前,该团队在作为4D打印基础的3D打印树脂研究方面取得了一系列重要进展。纳米粒子增强热塑性3D打印树脂成果发表在Materials & Design(2016, 102, 276-283),已被引用193次,被爱思唯尔出版集团列为该杂志Most Cited Articles;纳米粒子增强光固化3D打印树脂成果发表在Composites Part A(2019, 117, 276-286)和Composites Part A(2016, 88, 234-242);稀土磁性3D打印树脂成果发表在Journal of Alloys and Compounds(2017, 715, 146-153);可发泡3D打印树脂成果发表在Advanced Engineering Materials(2018, 20, 1800215)和Materials & Design(2016, 105, 152-159);以及与许莹团队合作研究的双固化3D打印树脂体系发表在Journal of Materials Science(2019, 54, 5865-5876),受到了国内外同行的广泛关注。

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