具有孔徑和壁厚雙梯度變量的仿生雙梯度結構，蘭化所研制高性能聚氨酯彈性體
仿生結構受自然界動植物巧妙結構的啟發，通常會表現出卓越的力學性能；同時，這類結構也受動植物維系生命功能天然設計的啟發，能夠表現出多種功能特性。得益于仿生結構突出的力學性能和強大的功能特性，其在航空航天、新能源、軌道交通甚至醫學等領域都具有廣泛的應用背景。
增材制造的成形方式正好十分契合仿生結構的形成，因此在研究清楚生物機理后，采用增材制造技術可以制備出具有優越力學性能和多樣化功能的仿生結構。
”
近日，蘭化所開發了具有雙重交聯網絡的高性能光能聚氨酯彈性體，這種網絡結構增強了材料的機械性能，使其適合于3D打印。相關研究成果分別發表在《材料視野》（Materials Horizons）和《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院、甘肅省科學技術廳等的支持。借助中國復合材料學會的分享，本期與網友共同領略有關聚氨酯彈性體3D打印的突破。
▲論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724082317?via%3Dihub
3D科學谷洞察
“仿生雙梯度結構聚氨酯具有選擇性的抗屈曲性以及各向異性的機械性能和耗散行為，解決了傳統多孔泡沫材料性能調控難、功能單一等問題，在阻尼緩沖減震和消音降噪等領域具有應用前景。具有高精度光固化3D打印性能的聚氨酯彈性體綜合了高性能與快速結構制造方面的優勢，為制造具有抗壓縮承載能力和機械穩定性等特性的復雜柔性結構提供了新的材料技術方案。”
雙梯度結構
聚氨酯彈性體是具有優異機械性能的高分子材料。通常，傳統的聚氨酯彈性體加工方法需要較高的溫度和壓力，且模具制造復雜、成本高。當前，光固化3D打印技術具有快速成形、高精度和復雜結構制造能力，因而成為制造聚氨酯彈性體的理想方法。
根據中國科學院和中國復合材料學會，近日，中國科學院蘭州化學物理研究所研究員王曉龍和助理研究員劉德勝團隊，在光固化3D打印高性能聚氨酯彈性體研究方面取得進展。該研究通過調控光敏聚氨酯預聚物的化學結構，發展了具有優異光固化3D打印成型能力的高性能聚氨酯彈性體材料，構筑了機械承載穩定性的生物醫用支架以及具有仿生雙梯度結構的阻尼減震、消音降噪等概念性功能器件。
該研究在聚氨酯前驅體中引入脲基和酯基，發展了多重氫鍵誘導的可快速光固化3D打印的超分子聚氨酯彈性體。這一彈性體具有優異的高彈性、高強度、韌性及良好的生物相容性和血液相容性。具有高精度光固化3D打印性能的聚氨酯彈性體綜合了高性能與快速結構制造方面的優勢，為制造具有抗壓縮承載能力和機械穩定性等特性的復雜柔性結構生物醫療器械提供了新的材料技術方案。
此外，研究團隊受向日葵髓雙梯度結構啟發，采用光固化3D打印聚氨酯彈性體，設計構筑了具有孔徑和壁厚雙梯度變量的仿生雙梯度結構聚氨酯。這一仿生雙梯度結構聚氨酯具有選擇性的抗屈曲性以及各向異性的機械性能和耗散行為，提升了強度、能量吸收和抗撕裂性等特性，解決了傳統多孔泡沫材料性能調控難、功能單一等問題，在阻尼緩沖減震和消音降噪等領域具有應用前景。
上述成果豐富了高性能光固化3D打印聚氨酯彈性體材料的種類，拓展了高性能光固化3D打印聚氨酯彈性體材料在功能結構器件定制化制造方面的應用探索，有望為生物醫療、柔性電子、摩擦密封等領域提供新的材料、奠定技術基礎。
來源
中國復合材料學會 l
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