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  3D打印技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和制造領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，為滿足快速成型需求，傳統(tǒng)光固化材料通常形成高度交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其力學(xué)性能受限且難以實(shí)現(xiàn)自修復(fù)等功能特性。

  針對(duì)這一挑戰(zhàn)，浙江大學(xué)吳晶軍、方子正團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在聚氨酯丙烯酸酯樹(shù)脂中同時(shí)引入氨酯鍵和酰氨基脲鍵兩種動(dòng)態(tài)基團(tuán)，利用二者的協(xié)同作用，在光固化網(wǎng)絡(luò)中成功構(gòu)筑了多級(jí)氫鍵結(jié)構(gòu)（圖1）。得益于此，該彈性體材料展現(xiàn)出卓越的力學(xué)性能：拉伸強(qiáng)度為49.6 MPa，韌性為158.5 MJ/m3。基于對(duì)照實(shí)驗(yàn)，結(jié)合紅外光譜和小角X射線散射等表征手段（圖2），研究證實(shí)酰氨基脲鍵的引入促進(jìn)了多級(jí)氫鍵的形成，顯著提升了能量耗散效率。同時(shí)，分析還發(fā)現(xiàn)材料在拉伸過(guò)程中伴隨結(jié)晶行為的出現(xiàn)，該行為進(jìn)一步提升了材料的強(qiáng)度與韌性。此外，該材料還兼具優(yōu)異的抗缺陷、抗穿刺性能以及快速回彈特性（圖3）。得益于酰氨基脲鍵的動(dòng)態(tài)特性，打印材料在130 °C下加熱2小時(shí)即可實(shí)現(xiàn)高效修復(fù)，且修復(fù)效率高達(dá)95.6%。與現(xiàn)有光固化3D打印材料相比，該材料的拉伸強(qiáng)度是同類可修復(fù)彈性體的10倍以上，成功實(shí)現(xiàn)了超強(qiáng)韌與可修復(fù)的協(xié)同統(tǒng)一（圖4）。

  2025年7月2日，該工作以“3D-Printing of Ultratough and Healable Elastomers”為題發(fā)表在Advanced Materials上。論文第一作者為浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院博士生穆洪鋒和孫卓，論文通訊作者為吳晶軍副研究員和方子正研究員。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。

圖1. 3D打印彈性體的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2. 3D打印彈性體的增韌機(jī)制探究

圖3. 3D打印彈性體的力學(xué)性能表征

圖4. 超韌性/可修復(fù)彈性體的3D打印及性能對(duì)比

  需要說(shuō)明的是，團(tuán)隊(duì)去年報(bào)道了一種含有動(dòng)態(tài)受阻脲鍵和側(cè)鏈羧基的光敏樹(shù)脂材料。材料在打印完成后，通過(guò)加熱后處理可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的本質(zhì)變化，實(shí)現(xiàn)了多重機(jī)制下的協(xié)同增韌，由此開(kāi)辟了超強(qiáng)韌3D 打印高分子的新路徑（Nature, 2024, 631, 783-788）。本工作在此基礎(chǔ)上，通過(guò)在光固化 3D 打印彈性體中構(gòu)筑多級(jí)氫鍵網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了材料的超強(qiáng)韌性與可修復(fù)性。這種分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略不僅為高性能 3D 打印提供了新思路，也為制造復(fù)雜柔性器件開(kāi)辟了新途徑，有望推動(dòng)相關(guān)高附加值應(yīng)用的技術(shù)革新。

  原文鏈接 https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202507908