福建農(nóng)林大學邱仁輝教授團隊在光固化3D打印軟材料領域取得新進展

來源：高分子科技

水凝膠是由聚合物的物理或化學交聯(lián)而形成的具有獨特三維網(wǎng)絡結構的軟材料。由于其高度可設計的結構和功能，水凝膠已被廣泛應用于仿生材料、柔性可穿戴設備、軟體機器人和生物醫(yī)學組織等領域。近年來，隨著3D打印技術的發(fā)展，如何快速高效地制備高精度、定制化水凝膠備受關注。然而，目前大多數(shù)水凝膠的3D打印只能通過擠出式打印技術制備，這使水凝膠的打印效率和精度受到限制。

福建農(nóng)林大學邱仁輝教授團隊提出利用光固化3D打印技術快速打印高精度水凝膠的策略。水凝膠無法通過光固化3D打印的主要原因在于：水的存在增加聚合物鏈之間的分子距離，降低單體聚合速度，導致打印過程中無法實現(xiàn)快速的固液分離。盡管在打印油墨中添加化學交聯(lián)劑可以有效促進三維交聯(lián)網(wǎng)絡的形成，但化學交聯(lián)會降低水凝膠的韌性和自修復能力。因此，設計了一種基于非共價相互作用的雙網(wǎng)絡水凝膠，通過形成物理交聯(lián)實現(xiàn)快速的固液分離。

將聚(丙烯酸(AA)-N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP))和羧甲基纖維素(CMC)通過氫鍵和金屬配位鍵等非共價作用力實現(xiàn)物理交聯(lián)，進而達到快速固液分離的目標。打印的聚(AA-NVP/CMC)水凝膠具有較高的拉伸韌性（3.38 MJ/m3）和優(yōu)異的自愈能力（應力：81%，應變：91%）。利用光固化3D打印的特點，高效打印了系列高精度可穿戴柔性傳感器。

圖1 光固化3D打印水凝膠策略

圖2 打印的高精度可穿戴柔性傳感器

圖3 打印并組裝的可穿戴柔性傳感器

該成果近期以“Photocurable 3D printing of hightoughness and self-healing hydrogels for customized wearable flexible sensors”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials，博士生吳宇超為論文第一作者，邱仁輝教授和劉文地教授為論文共同通訊作者。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202107202

此外，團隊基于構筑分子間非共價鍵結合的策略，突破了以可再生生物質(zhì)資源——棕櫚油為原料打印熱塑性彈性體的關鍵技術。該技術不僅為光固化3D打印熱塑性樹脂難以實現(xiàn)快速固液分離的難點提供了解決途徑，同時也為熱帶木本棕櫚油的高效利用提供一種可行的技術途徑和應用基礎。

圖4 光固化3D打印棕櫚油基彈性體原理

圖5 棕櫚油基熱塑性彈性體的力學性能

相關成果以題為“H-bonds and metal-ligandcoordination-enabled manufacture of palm oil-based thermoplastic elastomers byphotocuring 3D printing”發(fā)表在3D打印領域?qū)�業(yè)期刊Additive Manufacturing。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2214860421004280