福建物构所光固化3D打印智能结构研究获新进展

来源：福建物构所

导读：纳米颗粒可以赋予材料功能，但高含量或吸收紫外线的纳米材料都与DLP 3D打印不兼容。因此利用快速高精度的DLP 3D打印技术制备多功能的3D智能结构是一个挑战。

电子器件、柔性机器人、组织工程和生物医学等尖端技术的快速发展需要具有精确结构和多功能的3D智能组件。3D打印技术为复杂和定制化3D结构的制造带来革命性的变化，而形状记忆聚合物（SMP）可以响应环境刺激来改变它们的几何形状、性能和功能，这两者在3D智能结构的制造中都显示出巨大的潜力。基于数字光处理（DLP）的3D打印为智能材料的制备提供了新思路，但材料类别仅限于光敏树脂。纳米颗粒可以赋予材料功能，但高含量或吸收紫外线的纳米材料都与DLP 3D打印不兼容。因此利用快速高精度的DLP 3D打印技术制备多功能的3D智能结构是一个挑战。

在科技部国家重点研发计划重点专项和国家自然科学基金的支持下，中科院福建物质结构研究所吴立新研究员团队合成了具有可水解的缩醛基团的双官能丙烯酸酯单体TBMMA，并用作4-丙烯酰吗啉（ACMO）的交联剂，通过DLP 3D打印来构建热固性牺牲模具。TBMMA的加入同时提高了树脂的打印精度和高温下的尺寸稳定性。3D打印的模具可以在温和的醋酸溶液条件下水解。自修复3D智能结构是通过浇铸具有动态二硫键的环氧树脂/碳纳米管复合材料（EPSS/CNTs）并牺牲3D打印模具获得的，能够实现由近红外光触发的3D智能复合材料的逐步定点形状记忆和自修复过程。这项工作为采用DLP 3D打印制造具有高精度结构和多功能性的3D智能复合材料提供了独特的策略，这将大大扩展3D智能结构在尖端领域的应用领域。相关成果发表在Chemical Engineering Journal（2022, 427, 131580.）。论文的第一作者是缪佳涛博士。

图：光固化3D打印牺牲热固性模具用于构建近红外辐射诱导自修复3D智能结构

近年来，该团队在光固化3D打印树脂研究方面取得了一系列重要进展。包括光固化3D打印制备柔性应变传感器（Advanced Functional Materials, 2021, 31, 2008729、ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 6479？6488）；生物基高耐热3D打印树脂（ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2020, 8, 9415-9424）；光固化可重构4D打印形状记忆聚合物（ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11, 40642？40651）；纳米粒子改性光固化3D打印树脂（Chemical Engineering Journal, 2020, 394, 124873、ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 4917-4926、Composites Part A, 2019, 117, 276-286）；以及与许莹课题组联合研发的高强耐高温氰酸酯3D打印树脂（ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 38682-38689）和双固化3D打印树脂体系（Journal of Materials Science, 2019, 54, 5865-5876）。