仿生結(jié)構(gòu)受自然界動(dòng)植物巧妙結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，通常會(huì)表現(xiàn)出卓越的力學(xué)性能；同時(shí)，這類(lèi)結(jié)構(gòu)也受動(dòng)植物維系生命功能天然設(shè)計(jì)的啟發(fā)，能夠表現(xiàn)出多種功能特性。得益于仿生結(jié)構(gòu)突出的力學(xué)性能和強(qiáng)大的功能特性，其在航空航天、新能源、軌道交通甚至醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用背景。

      增材制造的成形方式正好十分契合仿生結(jié)構(gòu)的形成，因此在研究清楚生物機(jī)理后，采用增材制造技術(shù)可以制備出具有優(yōu)越力學(xué)性能和多樣化功能的仿生結(jié)構(gòu)。

”

       近日，蘭化所開(kāi)發(fā)了具有雙重交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的高性能光能聚氨酯彈性體，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了材料的機(jī)械性能，使其適合于3D打印。相關(guān)研究成果分別發(fā)表在《材料視野》（Materials Horizons）和《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院、甘肅省科學(xué)技術(shù)廳等的支持。借助中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)的分享，本期與網(wǎng)友共同領(lǐng)略有關(guān)聚氨酯彈性體3D打印的突破。

▲論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724082317?via%3Dihub

3D科學(xué)谷洞察

“仿生雙梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯具有選擇性的抗屈曲性以及各向異性的機(jī)械性能和耗散行為，解決了傳統(tǒng)多孔泡沫材料性能調(diào)控難、功能單一等問(wèn)題，在阻尼緩沖減震和消音降噪等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。具有高精度光固化3D打印性能的聚氨酯彈性體綜合了高性能與快速結(jié)構(gòu)制造方面的優(yōu)勢(shì)，為制造具有抗壓縮承載能力和機(jī)械穩(wěn)定性等特性的復(fù)雜柔性結(jié)構(gòu)提供了新的材料技術(shù)方案。”

 雙梯度結(jié)構(gòu)

聚氨酯彈性體是具有優(yōu)異機(jī)械性能的高分子材料。通常，傳統(tǒng)的聚氨酯彈性體加工方法需要較高的溫度和壓力，且模具制造復(fù)雜、成本高。當(dāng)前，光固化3D打印技術(shù)具有快速成形、高精度和復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造能力，因而成為制造聚氨酯彈性體的理想方法。

根據(jù)中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)，近日，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員王曉龍和助理研究員劉德勝團(tuán)隊(duì)，在光固化3D打印高性能聚氨酯彈性體研究方面取得進(jìn)展。該研究通過(guò)調(diào)控光敏聚氨酯預(yù)聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，發(fā)展了具有優(yōu)異光固化3D打印成型能力的高性能聚氨酯彈性體材料，構(gòu)筑了機(jī)械承載穩(wěn)定性的生物醫(yī)用支架以及具有仿生雙梯度結(jié)構(gòu)的阻尼減震、消音降噪等概念性功能器件。

該研究在聚氨酯前驅(qū)體中引入脲基和酯基，發(fā)展了多重氫鍵誘導(dǎo)的可快速光固化3D打印的超分子聚氨酯彈性體。這一彈性體具有優(yōu)異的高彈性、高強(qiáng)度、韌性及良好的生物相容性和血液相容性。具有高精度光固化3D打印性能的聚氨酯彈性體綜合了高性能與快速結(jié)構(gòu)制造方面的優(yōu)勢(shì)，為制造具有抗壓縮承載能力和機(jī)械穩(wěn)定性等特性的復(fù)雜柔性結(jié)構(gòu)生物醫(yī)療器械提供了新的材料技術(shù)方案。

此外，研究團(tuán)隊(duì)受向日葵髓雙梯度結(jié)構(gòu)啟發(fā)，采用光固化3D打印聚氨酯彈性體，設(shè)計(jì)構(gòu)筑了具有孔徑和壁厚雙梯度變量的仿生雙梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯。這一仿生雙梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯具有選擇性的抗屈曲性以及各向異性的機(jī)械性能和耗散行為，提升了強(qiáng)度、能量吸收和抗撕裂性等特性，解決了傳統(tǒng)多孔泡沫材料性能調(diào)控難、功能單一等問(wèn)題，在阻尼緩沖減震和消音降噪等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。

上述成果豐富了高性能光固化3D打印聚氨酯彈性體材料的種類(lèi)，拓展了高性能光固化3D打印聚氨酯彈性體材料在功能結(jié)構(gòu)器件定制化制造方面的應(yīng)用探索，有望為生物醫(yī)療、柔性電子、摩擦密封等領(lǐng)域提供新的材料、奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

來(lái)源
中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì) l

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