鲁棒和可紫外光固化的形状记忆聚合物数字光处理4D打印

      4D打印是一种新兴的制造技术，使3D打印结构能够在第四维“时间”上改变配置，以响应包括热、湿、磁和电等环境刺激。4D打印是通过具有环境响应性软活性材料（SAMs）的3D打印结构实现的，这些材料主要包括水凝胶、液晶弹性体（LCEs）和形状记忆聚合物（SMPs）。与其他两个非常软的活性材料不同，SMPs能够在1分钟内将材料模量从几MPa切换到几GPa，并且与各种3D打印技术兼容。其中，紫外线（UV）固化与基于数字光处理（DLP）的3D打印SMPs兼容，以制造具有复杂几何形状和高分辨率的结构。但是，可紫外线固化的SMPs在力学性能方面有局限性，这极大地限制了它们的应用范围。目前可用于打印SMPs的3D打印技术包括Polyjet、熔融沉积建模（FDM）、直接墨水书写（DIW）、基于数字光处理（DLP）的3D打印、立体光刻（SLA）和双光子聚合（TPP）。但是，这些3D打印技术的SMPs在编程温度（高于SMPs的相变温度）下会变脆，这极大地限制了SMPs的4D打印在工程中的应用。

       近日，南方科技大学葛锜副教授团队报道了一种鲁棒、可紫外光固化的SMPs系统，该系统具有高度可变形、抗疲劳性能，且与DLP的3D打印兼容，用于制造高分辨率（2µm）和高度复杂的3D结构，在加热时表现出较大的形状变化（1240%）。这种极大的变形可以通过出色的形状固定性进行固定（≈100％）在室温下加热至80°C后，以良好的形状恢复率（≈90％）恢复。这种SMPs系统具有很高的UV固化性，因此与DLP的3D打印技术兼容，从而可实现高分辨率（2倍）的制造和高度复杂的3D结构。更重要的是，这种SMPs系统具有出色的抗疲劳性，可以重复加载超过10000次。另外，还进行了大量实验研究了SMPs系统的大变形机理，并将其高拉伸能力归因于AUD交联剂的高分子量和氢键存在的共同作用。鲁棒且可紫外线固化的SMPs的开发显着改善了SMPs的4D打印结构的力学性能，这使其可以应用于航空航天、智能家具和软体机器人等工程应用。相关研究发表在《Advanced Materials》上。（徐锐）

       文章链接：B. Zhang, H. Li, J. Cheng, et al. Mechanically Robust and UV-Curable Shape-Memory Polymers for Digital Light Processing based 4D Printing[J]. Adv Mater, 2021: e2101298. https://doi.org/10.1002/adma.202101298