聚氨酯彈性體因優(yōu)異的彈性、強(qiáng)度和韌性以及良好的生物相容性和血液相容性，被廣泛用于機(jī)械、醫(yī)療等領(lǐng)域，但其復(fù)雜結(jié)構(gòu)件成形制造仍存在巨大挑戰(zhàn)。

中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所王曉龍研究員團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出光固化3D打印的聚氨酯彈性體，通過(guò)引入具有強(qiáng)氫鍵作用脲基基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)了其優(yōu)異性能與復(fù)雜結(jié)構(gòu)成形能力的統(tǒng)一，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)柔彈性功能件的高效制造提供了材料技術(shù)基礎(chǔ)。

雙交聯(lián)策略打印成形

光固化3D打印精度高、成形速度快，但光引發(fā)快速凝膠化導(dǎo)致的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形成不充分與材料的高性能化存在固有矛盾。

科研人員提出一種多重氫鍵誘導(dǎo)的雙交聯(lián)策略，以實(shí)現(xiàn)光固化3D打印高性能聚氨酯，即設(shè)計(jì)制備含脲基的光敏預(yù)聚物，在快速光固化形成共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)多重氫鍵形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用，克服機(jī)械性能和可加工性之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)高性能聚氨酯彈性體的高精度成形。

▲多重氫鍵誘導(dǎo)雙交聯(lián)策略實(shí)現(xiàn)高精度光固化3D打印高性能聚氨酯

向日葵啟發(fā)雙梯度結(jié)構(gòu)

聚氨酯彈性體因其獨(dú)特的微相分離結(jié)構(gòu)在減震降噪方面表現(xiàn)良好，輔以多孔結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的阻尼性。研究團(tuán)隊(duì)受向日葵髓雙梯度結(jié)構(gòu)啟發(fā)，采用高精度光固化3D打印聚氨酯，構(gòu)筑了具有孔徑和壁厚雙變量的仿生雙梯度多孔聚氨酯泡沫。

具有雙梯度結(jié)構(gòu)的多孔聚氨酯泡沫表現(xiàn)出選擇性的抗屈曲性、各向異性的機(jī)械性能和耗散行為。該聚氨酯泡沫還具有高強(qiáng)度、能量吸收和抗撕裂性等特性，在阻尼緩沖減振和消音降噪等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。

▲仿向日葵髓雙梯度聚氨酯泡沫實(shí)現(xiàn)強(qiáng)阻尼減振

兼容性助力新方案

研究團(tuán)隊(duì)利用光固化3D打印聚氨酯彈性體開(kāi)發(fā)出的具有優(yōu)異承載能力和機(jī)械穩(wěn)定的聚氨酯支架。

與金屬支架相比，聚氨酯支架表現(xiàn)出更好的生物兼容性，在體內(nèi)長(zhǎng)期使用時(shí)可有效降低免疫排斥和炎癥反應(yīng)，為臨床中血管內(nèi)支架的構(gòu)建，提供了一種理想選擇，也開(kāi)辟了快速制備復(fù)雜柔性結(jié)構(gòu)醫(yī)療器械的新方法。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《材料視野》和《化學(xué)工程雜志》。

上述成果豐富了光固化3D打印高性能聚氨酯彈性體材料的種類(lèi)，拓展了其在復(fù)雜結(jié)構(gòu)柔性功能結(jié)構(gòu)器件定制化制造方面的應(yīng)用探索，為生物醫(yī)療、柔性電子、摩擦密封等領(lǐng)域復(fù)雜結(jié)構(gòu)柔彈性功能構(gòu)件提供了高效解決方案和材料技術(shù)基礎(chǔ)。