3D打印聚合物这种材料会产生柔软有弹性的物体感觉像人体组织维修

3D打印聚合物：这种材料会产生柔软，有弹性的物体，感觉像人体组织

加州大学圣塔芭芭拉分校材料助理教授克里斯托弗·贝茨（Christopher Bates）和材料学教授兼该系系主任迈克尔·查比尼茨（Michael Chabinyc）的实验室研究人员已经合作开发了首款可3D打印的“瓶刷”弹性体。这种新材料可以使打印物体具有非同寻常的柔软性和弹性-机械性能非常类似于人体组织。

常规的弹性体，即橡胶，比许多生物组织更坚硬okmart.com。这是由于其组成聚合物的大小和形状所致，它们是长而直的分子，像煮熟的意大利面条一样容易缠结。相比之下，洗瓶刷聚合物在线性主链上附着了其他聚合物，从而导致其结构更类似于您在厨房中发现的洗瓶刷。牙刷聚合物结构赋予了形成极软的弹性体的能力。

通过3D打印牙刷弹性体的能力，可以在需要仔细控制从仿生组织到高灵敏度电子设备（例如触摸板，传感器和执行器）的对象的尺寸的应用中利用这些独特的机械性能。

两位博士后研究人员-谢仁轩和桑乔伊·穆克吉（Sanjoy Mukherjee）在开发新材料中发挥了关键作用。他们的发现发表在《科学进展》杂志上。

Xie和Mukherjee的主要发现涉及纳米级尺度上的牙刷聚合物的自组装，这会响应所施加的压力而导致固-液转变。该材料被归类为屈服应力流体，这意味着它从保持其形状的半软固体开始，如黄油或牙膏，但是当施加足够的压力时，它会液化并可以通过注射器挤压。该团队利用此属性在称为直接墨水书写（DIW）的3D打印过程中创建墨水。

研究人员可以调整材料使其在各种压力下流动，以匹配所需的加工条件。“例如，也许您希望聚合物在不同的应力水平下保持其形状，例如当存在振动时，”谢说。“我们的材料可以保持数小时的形状。这很重要，因为如果材料在打印过程中下垂，则打印的零件将具有较差的结构稳定性。”

物体打印后，将紫外线照射到其上以激活交联剂，该交联剂是Mukherjee合成并作为油墨配方的一部分包含在内的。交联剂可以连接附近的牙刷聚合物，从而形成超柔软的弹性体。到那时，材料变成了永久固体-在压力下将不再液化-并且表现出非凡的性能。

谢说：“我们从没有交联的长聚合物开始。” “这使它们像流体一样流动。但是，当您在它们上面照射光时，聚合物链之间的小分子会发生反应并连接成一个网络，因此您得到了一种固体，即一种弹性体，当拉伸时，它将回到原来的形状。”

材料的柔软度是根据其模量来衡量的，对于大多数弹性体而言，它的硬度很高，这意味着它们的刚度和弹性类似于橡皮筋。谢说：“我们材料的模量比橡皮筋小一千倍。” “它非常柔软-感觉很像人体组织-而且非常有弹性。它的拉伸能力约为其长度的三到四倍。”

意外墨水

穆克吉（Mukherjee）偶然发现了这种材料，同时尝试为其他项目开发一种材料，这种材料会增加执行器可以存储的电荷量。当弹性体来到谢先生身上进行表征时，他立即知道它是特殊的。他回忆说：“我立即看到它与众不同，因为它可以很好地保持其形状。”

贝茨说：“当我们看到这种定义明确的屈服应力时，大家共同意识到我们可以对其进行3D打印，这很酷，因为我们所知道的3D可打印材料都没有这种超级材料。软财产。”

洗瓶刷聚合物已经存在二十多年了。但是，贝茨说：“由于合成化学的进步，对这些独特分子的大小和形状进行了精确控制，因此该领域在过去十年中爆炸了。

他补充说：“这些超柔软的弹性体可能可以用作植入物。” “如果植入物的机械特性与天然组织相匹配，您也许能够减少机体的炎症和排斥反应。”

Chabinyc指出，新材料的另一个重要元素是纯聚合物。

他说：“它们中没有水或其他溶剂，可以人为使其变软。”

要了解在聚合物中不含水的重要性，想一想Jell-O是很有帮助的，它主要是水，可以保持其形状，但前提是水保持在内部。Chabinyc说：“如果水消失了，那么你将只有一堆无形的材料。” “使用常规聚合物，您必须弄清楚如何在其中保留适量的水以保持其结构，但是这种新材料都是固态的，因此它永远不会改变。”

此外，新材料可以在没有溶剂的情况下进行3D打印和处理，这也是不寻常的。谢说：“人们经常添加溶剂来液化固体，以便可以将其从喷嘴中挤出，但是如果添加溶剂，则打印后必须蒸发掉，从而导致物体改变形状或破裂。”

穆克吉（Mukherjee）补充说：“我们希望材料和印刷过程尽可能清洁和容易，因此我们发挥了化学溶解性和自组装性，从而实现了无溶剂工艺。事实上，我们没有使用溶剂是一个巨大的优势。”

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