福建物构所光固化4D打印研究获进展

来源:福建物质结构研究所

4D打印技术是将3D打印技术与智能材料结构结合起来发展出的新技术，智能材料结构在3D打印基础上受外界环境激励下随着时间实现自身的结构变化，从而使三维物体增加了一个时间维度。4D打印技术可改变传统的“机械传动+电机驱动”的模式，使物体在地下管道、航天器、人体器官等难以接触到的地方进行自我组装，2016年被列为未来十大颠覆世界的技术之一，在航空航天、电气自动化、机器人、纺织材料、组织工程、医疗器械、药物输送载体等领域有很多的应用前景。

最近，中国科学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研究院“一三五”重点培育项目的支持下，首次报道具有永久形状可重构性的4D打印形状记忆聚合物，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良好的形状记忆性能，它们的形状固定率和形状恢复率分别为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打印的永久形状在特定条件下还可以重构，因而可望扩展4D打印技术的应用范围。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，成果已在海西研究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一系列进展。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）；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。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b14145