南科大&西工大(da)《AM》：用(yong)於(yu)4D打印(yin)的新型(xing)形(xing)狀記憶聚(ju)合(he)物材料(liao)！

4D打印(yin)是(shi)壹種新(xin)興的技術，它(ta)可(ke)以使3D打印(yin)結構在諸(zhu)如(ru)熱、濕、電磁(ci)場等外(wai)界環境(jing)的刺激下，隨(sui)著第四(si)維(wei)度“時(shi)間(jian)"的推移(yi)，而(er)發(fa)生形(xing)狀(zhuang)的改變。紫(zi)外光(guang)（UV）固(gu)化(hua)的SMP與基(ji)於(yu)數(shu)字(zi)光(guang)處(chu)理(li)（DLP）的3D打印(yin)技(ji)術(shu)聯用(yong)，可(ke)以制造出(chu)具(ju)有復(fu)雜幾(ji)何形(xing)狀(zhuang)和高分(fen)辨(bian)率(lv)的結構。但(dan)是(shi)， UV固(gu)化(hua)的SMP在機械性(xing)能方面存(cun)在局限性(xing)，這(zhe)極大地(di)限制了(le)它(ta)的應用(yong)。因此(ci)，當(dang)前(qian)急(ji)需(xu)開發(fa)具(ju)有優(you)異(yi)機械(xie)性(xing)能的UV固(gu)化(hua)SMP。

來(lai)自南方科技大學等(deng)單(dan)位的研究(jiu)人(ren)員(yuan)使(shi)用(yong)tBA和(he)AUD制(zhi)備了(le)具(ju)有堅固(gu)的機械性(xing)能和可(ke)UV固(gu)化(hua)的tBA-AUD SMP體(ti)系(xi)。相關論(lun)文以題(ti)為(wei)“Mechanically Robust and UV-Curable Shape-Memory Polymers for Digital Light Processing Based 4D Printing"發(fa)表在國際期(qi)刊(kan)《Advanced Materials》上(shang)。

該(gai)類(lei)SMP可(ke)以在編程(cheng)溫(wen)度(du)（例如80℃）下(xia)拉(la)伸(shen)至1240%，並且這種形(xing)變可(ke)以在室溫下固(gu)定(ding)，具(ju)有優(you)良(liang)的形狀固(gu)定(ding)性(xing)。同時(shi)，其還具(ju)有良(liang)好的形狀恢復(fu)率（≈90%），當(dang)對其再(zai)次加熱到80℃時(shi)，它(ta)又(you)會(hui)基(ji)本(ben)恢(hui)復(fu)最初(chu)的形狀。這種SMP僅(jin)僅(jin)只(zhi)需(xu)要46.8~251.8mJ/cm2 的能量密(mi)度(du)即(ji)可(ke)固(gu)化(hua)壹層(ceng)，與基(ji)於(yu)DLP的3D打印(yin)技(ji)術(shu)具(ju)有很好(hao)的兼(jian)容(rong)性(xing)，這(zhe)些特點(dian)確(que)保(bao)了(le)其可(ke)以用(yong)於(yu)制(zhi)造高分(fen)辨(bian)率(lv)和復(fu)雜的3D結構。此外，SMP堅(jian)固(gu)的機械性(xing)能使其4D打印(yin)結構具(ju)有很高的拉(la)伸(shen)性(xing)能、壓縮性(xing)能以及復(fu)雜的形變，可(ke)以經受(shou)多(duo)達(da)10000次的反復(fu)加載(zai)。通(tong)過tBA和(he)AUD制(zhi)備的SMP極大地(di)增(zeng)強(qiang)了(le)基(ji)於(yu)SMP的4D打印(yin)結構的機械性(xing)能，使其有望應(ying)用(yong)於(yu)工(gong)程(cheng)領(ling)域。

本文認為(wei)tBA-AUD SMP體(ti)系(xi)具(ju)有高拉(la)伸(shen)性(xing)主要歸功於(yu)高分(fen)子量交(jiao)聯劑(ji)AUD和氫(qing)鍵的存(cun)在：1）高分(fen)子量交(jiao)聯劑(ji)AUD會顯著(zhu)增(zeng)加(jia)交聯點(dian)之(zhi)間(jian)的平(ping)均距(ju)離；2）壹些tBA長鏈(lian)段會由於(yu)與(yu)AUD形成(cheng)的氫(qing)鍵的作用(yong)，相互纏(chan)繞(rao)並置於(yu)高分(fen)子量交(jiao)聯劑(ji)AUD之(zhi)間(jian)；3）當大的形變破(po)壞(huai)氫(qing)鍵時(shi)，相互纏(chan)繞(rao)的tBA長鏈(lian)段會解開，從(cong)而(er)導致(zhi)材料(liao)能夠進(jin)壹步地(di)被拉(la)伸(shen)；4）當載(zai)荷消(xiao)失(shi)後(hou)，部(bu)分大的形變由於(yu)熵(shang)彈性(xing)而(er)恢復(fu)，但(dan)是(shi)已破(po)壞(huai)的氫(qing)鍵的恢復(fu)需(xu)要花費(fei)較長的時(shi)間(jian)，以至於(yu)會(hui)產生(sheng)殘余(yu)應(ying)力，導致部分(fen)長(chang)鏈(lian)段不能回到其初(chu)始的纏結狀態；5）通過(guo)熱處(chu)理(li)，可(ke)以消(xiao)除(chu)殘余(yu)應(ying)力，從(cong)而(er)加速(su)氫(qing)鍵的恢復(fu)並增(zeng)加(jia)長鏈(lian)段的移(yi)動能力。

總(zong)結：本文報道(dao)了(le)壹種與(yu)基(ji)於(yu)DLP的3D打印(yin)具(ju)有良(liang)好兼(jian)容(rong)性(xing)的、擁有優(you)異(yi)機械(xie)性(xing)能以及可(ke)UV固(gu)化(hua)的tBA-AUD SMP體(ti)系(xi)。它(ta)可(ke)以用(yong)來(lai)制造具(ju)有高分(fen)辨(bian)率(lv)、擁有復(fu)雜的幾何構(gou)型(xing)的4D打印(yin)結構。該(gai)SMP體(ti)系(xi)主要由tBA和(he)交聯劑(ji)AUD組成(cheng)。AUD賦予(yu)了(le)tBA-AUD SMP體(ti)系(xi)優(you)異(yi)的可(ke)變形(xing)性(xing)和(he)抗(kang)疲勞(lao)性(xing)，使(shi)得(de)4D打印(yin)結構可(ke)以拉(la)伸(shen)至1240%，並且能重(zhong)復(fu)加載(zai)超過10000次。本文還針對AUD對於(yu)體(ti)系(xi)熱機(ji)械(xie)性(xing)能的影響，進(jin)行(xing)了(le)諸(zhu)如(ru)DMA、單(dan)向(xiang)拉(la)伸(shen)測(ce)試(shi)、抗疲勞(lao)測(ce)試(shi)等。本文還認為(wei)tBA-AUD SMP體(ti)系(xi)就(jiu)有高變(bian)形性(xing)的原因主要在於(yu)高分(fen)子量交(jiao)聯劑(ji)AUD和氫(qing)鍵的存(cun)在。