首页  科学研究

邱仁辉教授团队在3D光固化打印热塑性软材料研究中取得系列进展

  发布时间: 2021-09-29   信息员:   

光固化3D打印技术是一种可以对产品形状进行高度定制的先进制造技术。常规的光固化3D打印仅适用于热固性树脂,因为只有热固性树脂的三维网络结构才可阻止在打印过程出现的聚合物溶解和扩散现象。

我院邱仁辉教授团队通过设计热塑性树脂分子间的氢键作用,提出一种广泛适用的光固化3D打印热塑性聚合物策略,一方面通过油墨中的氢键“诱导”分子聚集,加快单体聚合速率;另一方面通过聚合物中的氢键作用降低其在未聚合母体油墨中的溶解和扩散速率,以此成功地利用LCD光固化打印技术制备热塑性聚合物。

团队首先采用分子模型实验结合动力学模拟的方法证明该策略的有效性,基于该策略成功打印了系列热塑性弹性体。研究表明,氢键的存在会诱导油墨分子形成“关联构型”,加快单体聚合速率,同时使打印出的聚合物更难溶解在极性溶剂里,打印物件的精度也更高。相关成果发表于美国化学会期刊ACS Applied Materials & Interfaces(文章链接:https://doi.org/10.1021/acsami.1c02513)。

https://www.fafu.edu.cn/_upload/article/images/f2/f3/8096f1f0456398da9ce027aaf1f4/ebd5e32e-0501-4231-bcab-a33cfbe9e878.jpg

水凝胶是由聚合物的物理或化学交联而形成的具有独特三维网络结构的软材料,已被广泛应用于仿生材料、柔性可穿戴设备、软体机器人和生物医学组织等领域。水凝胶无法通过光固化3D打印的主要原因在于:水的存在增加了聚合物链之间的分子距离,降低单体聚合速度,导致打印过程中无法实现快速固液分离。为此,团队设计了一种基于氢键、金属配位键等非共价相互作用的双网络水凝胶,通过形成物理交联实现快速固液分离。利用该设计原理,高效地打印了系列高精度可穿戴柔性传感器。该成果近期发表在国际材料学顶级刊物Advanced Functional Materials(文章链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202107202)。

https://www.fafu.edu.cn/_upload/article/images/f2/f3/8096f1f0456398da9ce027aaf1f4/b3b33f43-240f-4eee-be99-6b2cdb509359.jpg

打印并组装可穿戴柔性传感器

https://www.fafu.edu.cn/_upload/article/images/f2/f3/8096f1f0456398da9ce027aaf1f4/a9deb027-5c20-4abe-8453-2bda82cb5fb2.jpg

光固化3D打印棕榈油基弹性体设计原理

此外,基于构筑分子间非共价键结合的策略,团队以合成的棕榈油基树脂为原料,成功打印出高强高韧且具有自愈合性能的热塑性弹性体,为木本棕榈油的高效利用提供了一种新的技术途径和应用基础。相关成果发表在3D打印领域专业刊物Additive Manufacturing((文章链接https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102268)。

https://www.fafu.edu.cn/_upload/article/images/f2/f3/8096f1f0456398da9ce027aaf1f4/3d2f935d-ddcc-4076-84bc-cef2b9dc5802.jpg

以上论文第一作者均为林业工程专业博士生吴宇超,邱仁辉教授为论文通讯作者,福建农林大学为唯一通讯单位。该工作得到国家自然科学基金(3207169931800486)的资助。

  


版权所有:福建农林大学材料工程学院     电话:0591-83715175