中化新網(wǎng)訊 近日，清華大學(xué)副教授吉巖課題組成功開(kāi)發(fā)了一種基于光生堿劑（PBG）的非自由基3D打印策略，為面向軟體機(jī)器人和沖擊防護(hù)的高性能3D打印液晶彈性體（LCE）開(kāi)辟了一條高成功率的路徑。相關(guān)論文以“非自由基光固化液晶彈性體3D打印”為題，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。

據(jù)悉，該策略通過(guò)精確的、選擇性的硫醇-丙烯酸酯邁克爾加成反應(yīng)，顯著提高打印成功率，所制備的PBG固化LCE材料楊氏模量?jī)H為1.69MPa，是目前所有光固化LCE中最柔軟的。同時(shí)，該技術(shù)解放了液晶介晶，通過(guò)介晶重新取向與3D結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的協(xié)同作用，大幅增強(qiáng)了阻尼能力。

在智能材料領(lǐng)域，LCE因其獨(dú)特的各向異性結(jié)構(gòu)、軟彈性和對(duì)外界刺激的響應(yīng)能力，已成為軟體機(jī)器人、傳感器和人工肌肉等下一代應(yīng)用的理想候選材料。然而，基于數(shù)字光處理技術(shù)的LCEs光固化3D打印長(zhǎng)期以來(lái)嚴(yán)重依賴自由基介導(dǎo)的聚合反應(yīng)。這種方法不可避免地導(dǎo)致丙烯酸酯均聚，形成交聯(lián)不均勻、密度高且?guī)в形捶磻?yīng)基團(tuán)的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，致使打印件易開(kāi)裂、液晶介晶重新取向受限，最終造成產(chǎn)品合格率低、成本攀升，并損害了材料的阻尼與驅(qū)動(dòng)性能。

吉巖課題組此次開(kāi)發(fā)的技術(shù)徹底解決了3D打印LCE過(guò)程中因溶劑揮發(fā)和內(nèi)部應(yīng)力不均導(dǎo)致的易開(kāi)裂難題。利用這一優(yōu)勢(shì)，研究者成功打印了具有熱致協(xié)調(diào)變形能力的蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)以及模仿海星捕食行為的仿生驅(qū)動(dòng)器。盡管目前商用PBG的選擇仍有限，且活化能要求較高，但這項(xiàng)工作無(wú)疑拓寬了光固化3D打印LCE的化學(xué)范疇，未來(lái)的研究可致力于開(kāi)發(fā)更高效、更易活化的光生堿劑體系，并進(jìn)一步優(yōu)化分子設(shè)計(jì)，以挖掘該平臺(tái)的更大潛力。