分享到:
西交大张彦峰教授团队《先进功能材料》:可重塑、强机械性能的聚硫氨酯共价可适网络的可重构4D打印
发布者: 张彦峰 | 2022-06-17 | 27497

4D打印因其在智能设备、生物医学和组织工程中的潜在应用而引起了科研以及工业领域的极大兴趣。其中,形状记忆聚合物由于其形变大、重量轻、恢复应力大、响应速度快等优点,在4D打印材料中至关重要。然而,4D打印形状记忆聚合物通常是由共价交联的网络组成,不变的永久形状导致其形状恢复方向单一,限制了4D打印的灵活性。此外,虽然光固化3D打印具有更高的精度、分辨率和表面质量,但目前光固化3D打印的形状记忆聚合物结构由于其不溶解和不熔化的共价交联网络,所得的打印结构不可回收、不可修复,从而造成严重的经济和环境问题。因此,开发用于4D打印的高强度、可多次重构、可回收和可自愈的材料至关重要。

近期,西安交通大学张彦峰教授团队论文《可重塑、强机械性能的聚硫氨酯共价可适网络的可重构4D打印》 (Reconfigurable 4D Printing of Reprocessable and Mechanically Strong Polythiourethane Covalent Adaptable Networks)202268日在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上在线发表。该课题组开发了一种以动态硫代氨酯键作为动态可逆交联点的共价可适网络,其具有强机械性能和良好的生物相容性,并利用此树脂实现了4D打印,此外,动态硫代氨酯键赋予打印结构永久形状可重构、可重塑修复、表面易改性等优异性能,展现出在机器人、智能警报器、与生物植入体等领域的潜在应用。

首先,2,2′-(1,2-乙二基双氧代)双乙硫醇(EDDET)和甲基丙烯酸异氰基乙酯(IEM)通过点击化学合成动态交联剂(DCL);随后,DCL与活性稀释剂甲基丙烯酸甲酯(MMA)混合得到打印墨水。通过DLP打印得到分辨率高、表面光滑的聚硫氨酯(4DP-PTU)结构。

1. 4DP-PTU打印过程与化学反应式。

相较于传统光固化3D打印树脂,4DP-PTU由于动态硫代氨酯键而具有优异的自修复性、重塑性。4DP-PTU打印结构在发生损坏后可通过“断面再打印”的方式进行修复,性能恢复如初。并且可以对4DP-PTU粉末通过简单的热压处理,实现自愈合与从粉末到块体材料的重塑,且自愈合或重塑后依然保持与原块状材料相同的机械性能。