<sup id="42iqq"><center id="42iqq"></center></sup>
<rt id="42iqq"></rt>
 
我院游正偉教授團隊:自愈合材料讓3D打印各向力學同性自支撐復雜結構像搭積木一樣簡單
發布人: 星禧   發布時間: 2021-03-01    瀏覽次數:

以智能制造為主導的第四次工業革命正席卷全球,新的制造技術不斷涌現,3D打印無疑是其中的佼佼者,由于其優異的按需制造復雜、精細和個性化結構的能力,已經深入影響到各行各業,引起了學術界和產業界的廣泛關注。各種3D打印技術中熔融沉積成型(FDM)因其成本低、操作簡單、可兼容多種材料的優點而成為最通用和最經濟的選擇之一。然而,FDM構筑復雜結構時通常需要支撐結構,這大大增加了加工的復雜性和成本。層間粘附性差則極大地影響了打印制品的機械穩定性。此外,由于打印制品的尺寸受到3D打印機尺寸的限制,小型的3D打印機難以制備大型產品。據此,東華大學材料與科學工程學院游正偉教授團隊提出一個簡單而通用的打印-愈合策略,基于所設計材料的多重動態網絡,有效解決了上述挑戰。相關成果近期以Self-healing materials enable free-standing seamless large-scale 3D printing發表于中國科學院和國家自然科學基金委共同主辦的《中國科學:材料》(Science China Materials)期刊,東華大學材料學院博士生左涵為第一作者,游正偉教授和吳琪琳教授為通訊作者,劉庚鑫研究員為共同作者。

作者在該團隊近年關于自愈合聚肟氨酯的工作(Adv. Mater.2019,31, 1901402. Adv. Funct. Mater. 2019,29, 1901058)基礎上,設計了一種具有三重動態鍵的聚合物材料Cu-DOU-CPU,通過可逆的肟氨酯鍵(DOU)、Cu(II)-DOU金屬配位鍵和氫鍵的協同作用,賦予材料良好的室溫自愈合性能。在較高溫度下,鏈間動態鍵的交換反應加速,促使聚合物材料內部的交聯網絡發生拓撲結構重排,在剪切力的作用下具有良好的可擠出性,并且能夠在打印時間范圍內快速重構定型。針對復雜結構物體打印時需要支撐的問題,作者受到樂高積木的啟發,將復雜立體結構合理拆分為簡單結構進行打印,然后利用材料的自愈合性將部件由簡到繁進行拼接組裝,從而實現復雜立體結構的無支撐3D打印。針對由于逐層堆疊累積的加工方式導致打印制品的層間強度相對較弱的問題,利用肟氨酯鍵、金屬配位鍵和氫鍵的動態性在層與層之間引入包括化學鍵在內的多重連接,來實現3D打印制品層間強度的顯著提升,在三維方向上基本實現了力學同性。材料的自愈合性使損壞的打印制品可以自發修復,延長了其使用壽命。此外,作者所設計的聚合物材料原料均為廉價易得的商用化學原料,合成方法簡單,易進行大規模制備。

打印-愈合策略的通用性強,可適用于其他具有動態網絡的自愈合材料,包括自發愈合材料和需要適當外部刺激(如光和磁場)的自愈合材料。鑒于自愈合材料的蓬勃發展,這一策略對于制備具有不同屬性的產品來實現一系列新的應用具有重要意義。

該工作獲得了國家自然科學基金、上海市自然科學基金、東華大學勵志計劃等項目資助。

原文鏈接:https://engine.scichina.com/doi/pdf/E23E817506AC48EF878999C11CB32AC0

團隊主頁:http://pilab.dhu.edu.cn/zyou/zy/list.psp

團隊簡介:游正偉教授為纖維材料改性國家重點實驗室博導,現任東華大學復合材料系主任,中國紡織工程學會柔性電子生物醫用紡織材料科研基地主任。長期從事生物醫用彈性體、3D打印、及其在組織修復和醫用柔性電子領域應用的研究。發表SCI論文70多篇,其中近五年在National Science Review, Nature Communication, Advanced Materials等國際著名期刊(IF>10)發表通訊作者論文17篇。申請中國發明專利40多項,授權16項。成果被國家自然科學基金委員會出版的《Science Foundation in China》期刊、《中國科學報》頭版、國家新材料產業發展戰略咨詢委員會出版的《18年度新材料技術發展藍皮書》等專題報道。在歐洲材料研究學會年會、中國材料大會等重要學術會議上做主旨和邀請報告40余次。擔任國際學術期刊《Smart Materials in Medicine》副主編、《Advanced Fiber Materials》和《中國材料進展》青年編委。

 


 
 
淘金彩票