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人民網(wǎng)北京12月30日電（記者趙竹青）材料的抗撕裂性能與綜合力學(xué)特性，是拓展光固化3D打印技術(shù)在傳感、機(jī)器人及防護(hù)等領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。近日，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研究團(tuán)隊(duì)，發(fā)揮自主研發(fā)的線掃描光固化3D打印（LSVP）系統(tǒng)對(duì)高黏度光敏樹脂的加工優(yōu)勢(shì)，針對(duì)傳統(tǒng)光固化彈性體因交聯(lián)與纏結(jié)矛盾導(dǎo)致抗撕裂性能不足的問(wèn)題，并通過(guò)鏈纏結(jié)—?jiǎng)討B(tài)物理交聯(lián)協(xié)同策略，開發(fā)出兼具優(yōu)異抗撕裂性、自修復(fù)性與可回收性的光固化3D打印彈性體，推動(dòng)光固化3D打印技術(shù)在柔性器件、智能材料等領(lǐng)域的應(yīng)用拓展。
團(tuán)隊(duì)采用在甲基丙烯酸-2-(叔丁基氨基)乙酯封端的聚氨酯丙烯酸酯預(yù)聚物上接枝脲基嘧啶酮（UPy）基團(tuán)的策略，通過(guò)調(diào)控氫鍵密度優(yōu)化交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建無(wú)單體光固化樹脂體系。該體系結(jié)合光熱雙重固化技術(shù)與多重氫鍵作用，形成兼具高密度鏈纏結(jié)與動(dòng)態(tài)物理交聯(lián)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了鏈纏繞與物理交聯(lián)的協(xié)同增效。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用LSVP技術(shù)解決高黏度樹脂打印難題，最大程度避免了活性稀釋劑對(duì)材料性能的削弱，制備出高纏繞、弱交聯(lián)的3D打印彈性體。
性能測(cè)試表明，UPyA-0.10彈性體展現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，即拉伸強(qiáng)度超40 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率約為1000%，韌性達(dá)144 MJ m-3以上，其回彈性、抗撕裂性和延展性均達(dá)到熱塑型制件水平。該材料具有出色的缺口撕裂抗性和缺口疲勞性能，斷裂能達(dá)189.42 kJ m-2，打印結(jié)構(gòu)可承受近9.8 kg拉伸載荷且無(wú)裂紋擴(kuò)展，具備良好的自修復(fù)能力，經(jīng)多次切割與再加工后仍保持穩(wěn)定力學(xué)性能，展現(xiàn)出優(yōu)異的可再加工性。
該工作突破了傳統(tǒng)光固化彈性體抗撕裂性能的瓶頸，為高性能光固化3D打印彈性體的設(shè)計(jì)與制備提供了新思路，在柔性器件、結(jié)構(gòu)防護(hù)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Materials Today上。
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