福建農林大在3D光固化列印水凝膠材料和彈性體研究獲系列進展

光固化3D列印技術是一種可以對產品形狀進行高度定製的先進製造技術。常規的光固化3D列印僅適用於熱固性樹脂，因為只有熱固性樹脂的三維網路結構才可阻止在列印過程出現的聚合物溶解和擴散現象。

福建農林大學邱仁輝教授團隊透過設計熱塑性樹脂分子間的氫鍵作用，提出一種廣泛適用的光固化3D列印熱塑性聚合物策略，一方面透過油墨中的氫鍵“誘導”分子聚集，加快單體聚合速率；另一方面透過聚合物中的氫鍵作用降低其在未聚合母體油墨中的溶解和擴散速率，以此成功地利用LCD光固化列印技術製備熱塑性聚合物。

團隊首先採用分子模型實驗結合動力學模擬的方法證明該策略的有效性，基於該策略成功列印了系列熱塑性彈性體。研究表明，氫鍵的存在會誘導油墨分子形成“關聯構型”，加快單體聚合速率，同時使打印出的聚合物更難溶解在極性溶劑裡，列印物件的精度也更高。相關成果發表於美國化學會期刊ACS Applied Materials & Interfaces。

水凝膠是由聚合物的物理或化學交聯而形成的具有獨特三維網路結構的軟材料，已被廣泛應用於仿生材料、柔性可穿戴裝置、軟體機器人和生物醫學組織等領域。水凝膠無法透過光固化3D列印的主要原因在於：水的存在增加了聚合物鏈之間的分子距離，降低單體聚合速度，導致列印過程中無法實現快速固液分離。為此，團隊設計了一種基於氫鍵、金屬配位鍵等非共價相互作用的雙網路水凝膠，透過形成物理交聯實現快速固液分離。利用該設計原理，高效地列印了系列高精度可穿戴柔性感測器。該成果近期發表在國際材料學頂級刊物Advanced Functional Materials。