西安交大4D打印材料取得突破，具有優(yōu)異的自修復性和重塑性

來源：陜西日報


2022年7月12日，南極熊獲悉，西安交通大學張彥峰教授團隊開發(fā)了一種具有強機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)點的共價可適網(wǎng)絡，并實現(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)異的自修復性、重塑性，在機器人、智能警報器、生物植入體等領域有很大的潛在應用空間。

4D打印因其在智能設備、生物醫(yī)學和組織工程中的潛在應用，引起了科研以及工業(yè)領域的極大興趣。其中，形狀記憶聚合物由于具有形變大、重量輕、恢復應力大、響應速度快等優(yōu)點，在4D打印材料中至關重要。然而，4D打印形狀記憶聚合物通常由共價交聯(lián)的網(wǎng)絡組成，不變的永久形狀導致其形狀恢復方向單一，限制了4D打印的靈活性。

西安交通大學張彥峰：高強度聚硫氨酯共價自適應網(wǎng)絡的可重構(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交聯(lián)網(wǎng)絡，所得的打印結(jié)構(gòu)不可回收、不可修復，從而造成嚴重的經(jīng)濟和環(huán)境問題。因此，開發(fā)用于4D打印的高強度、可多次重構(gòu)、可回收和可自愈的材料至關重要。

西安交通大學張彥峰教授團隊通過一系列實驗，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”的方式進行修復，使性能恢復如初，并且可對4DP-PTU粉末通過簡單的熱壓處理，實現(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械性能，解決了已有4D打印技術難以同時實現(xiàn)抓取與釋放的問題，有望應用于機器人領域。