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可自修复3D打印材料被开发出

  南加州大学维特比工程学院的研究人员开发出了可自修复的3D打印橡胶材料,可实现快速制造,这种材料遭遇破裂或刺穿可以进行自我修复。这种材料将为鞋类、轮胎、软机器人甚至电子设备制造带来改变契机,在缩短制造时间的同时提高产品的使用寿命。

  新型材料使用基于光聚合的3D打印方法制造,即通过光把液态树脂材料固化成所需图形或形状。3D打印使用具有硫醇和二硫化物基团的弹性体油墨,其中硫醇基团在增材制造过程中促进硫醇-烯的光聚合,二硫化物基团在自愈合过程中实现二硫化物复分解反应。研究人员发现,通过在光聚合反应过程中添加氧化剂,硫醇开始转化为二硫化物化学基团。二硫化物在破碎时能够改造重组,从而实现自我修复。研究人员指出这两组材料之间的比例是实现自修复能力的关键。当氧化剂逐渐增加时,自愈行为变强,但光聚合行为变弱,这两种行为之间存在竞争。

  研究人员发现了能够实现高度自我修复和相对快速的光聚合的比例并进行了试验。在短短5秒钟内,可以打印17.5毫米的正方形,在大约20分钟内完成整个物体,受损后可以在几个小时内自行修复。研究人员展示了该种材料在一系列产品上的性能,包括鞋垫、柔性机器人、多相复合材料和电子传感器。经验证,仅通过升高温度就可以减少材料愈合时间。该材料在被切成两半后,置于60℃环境下两小时即可完全愈合,并且强度和功能得以保持。

  研究人员指出,在不同的温度下(40℃~60℃),材料愈合率接近100%,通过改变温度,可以控制愈合速度,即使在室温下,材料仍然可以自我修复。在实现3D可印刷软质材料之后,研究人员正在开发其他不同硬度的可自愈合材料,从现有的软橡胶到刚性硬塑料,这些可用于车辆部件、复合材料、甚至防弹衣。

  (来源:北方科技信息研究所)

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