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[材料资讯] 吴立新课题组光固化4D打印研究获进展

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发表于 2019-10-17 16:43:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
4D打印技术是将3D打印技术与智能材料结构结合起来发展出的新技术,智能材料结构在3D打印基础上受外界环境激励下随着时间实现自身的结构变化,从而使三维物体增加了一个时间维度。4D打印技术可改变传统的“机械传动+电机驱动”的模式,使物体在地下管道、航天器、人体器官等难以接触到的地方进行自我组装,2016年被列为未来十大颠覆世界的技术之一,在航空航天、电气自动化、机器人、纺织材料、组织工程、医疗器械、药物输送载体等领域有很多的应用前景。

4D打印是指利用“可编程物质”和3D打印技术,制造出在预定的刺激下(如放入水中,或者加热、加压、通电、光 ...

4D打印是指利用“可编程物质”和3D打印技术,制造出在预定的刺激下(如放入水中,或者加热、加压、通电、光 ...
  最近,中国科学院福建物质结构研究所、中科院功能纳米结构设计与组装重点实验室吴立新团队在科技部国家重点研发计划重点专项和海西研究院“一三五”重点培育项目的支持下,首次报道具有永久形状可重构性的4D打印形状记忆聚合物,设计合成了一种带有醛基的新型甲基丙烯酸酯单体(4-甲酰基苯甲酸2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯,MEFB)和超支化硅氧烷交联剂(HPASi),构建出具有动态亚胺键的(甲基)丙烯酸酯体系(IEMSis),用以实现4D打印。HPASi的柔性链结构显著提高了IEMSis的韧性,约为添加前的33-97倍。HPASi的交联作用也赋予IEMSis良好的形状记忆性能,它们的形状固定率和形状恢复率分别为97.5-97.6%和91.4-93.7%。同时,在没有催化剂和相对温和的条件下,IEMSis可以通过亚胺键的动态交换实现应力松弛,使得4D打印的永久形状在特定条件下还可以重构,因而可望扩展4D打印技术的应用范围。相关研究成果发表在ACS Applied Materials & Interfaces(2019, DOI:10.1021/acsami.9b14145)。博士后缪佳涛为该论文的第一作者。该研究采用林文雄团队研发的设备,成果已在海西研究院参股公司国锐中科应用。
  此前,该团队在作为4D打印基础的3D打印树脂研究方面取得一系列进展。纳米粒子增强热塑性3D打印树脂成果发表在Materials & Design(2016, 102, 276-283),已被引用193次,被爱思唯尔出版集团列为该杂志Most Cited Articles;纳米粒子增强光固化3D打印树脂成果发表在Composites Part A(2019, 117, 276-286)和Composites Part A(2016, 88, 234-242);稀土磁性3D打印树脂成果发表在Journal of Alloys and Compounds(2017, 715, 146-153);可发泡3D打印树脂成果发表在Advanced Engineering Materials(2018, 20, 1800215)和Materials & Design(2016, 105, 152-159);与许莹团队合作研究的双固化3D打印树脂体系发表在Journal of Materials Science(2019, 54, 5865-5876),受到了国内外同行的广泛关注。


       关于4D打印技术
       4D打印是指利用“可编程物质”和3D打印技术,制造出在预定的刺激下(如放入水中,或者加热、加压、通电、光照等)可自我变换物理属性(包括形态、密度、颜色、弹性、导电性、光学特性、电磁特性等)的三维物体。其中,“可编程物质”是指能够以编程方式改变外形、密度、导电性、颜色、光学特性、电磁特性等属性的物质。4D打印的第四维是指物体在制造出来以后,其形状或性能可以自我变换。
4D打印制造的物体至少有两种形式:一种是物体的各部分连接在一起,可自我变换成另一种形态或性能;另一种是该物体由可分离的三维像素(一种基于体积的像素,与平面像素类似,三维像素是“可编程物质”的基本单元,不同的“可编程物质”具有不同的三维像素)组成,三维像素可聚集形成更大的可编程部件,该部件也可分解成三维像素。
       吴立新,男,1968年11月生,博士,研究员,博士生导师。1984-1991年在北京化工大学获高分子化工学士学位和高分子材料硕士学位。1996-1999年在中科院化学研究所获化学博士学位。1999-2002年在美国宾夕法尼亚州立大学、Clemson大学、加州大学圣地亚哥分校从事博士后研究。2002-2007年在加拿大Concordia大学复合材料中心任副研究员。2007-2011年在美国材料和电化学研究公司任资深科学家,团队主管。2011年到中科院福建物质结构研究所任研究员、课题组长。2012年入选中国科学院“百人计划”。2013年入选福建省“百人计划”暨“福建省引进高层次创业创新人才”。在Carbon、Journal of Materials Chemistry A、Composites A、Materials and Design等期刊发表论文三十多篇。申请和授权专利二十多项。是国际先进材料与工艺技术学会(SAMPE)北京分会理事、福建省发明家协会副会长。

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