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記者1月29日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校工程科學學院機器人與智能裝備所李木軍副教授、近代力學系王柳特任教授與其他合作者合作，提出了一種原位雙重加熱(ISDH)策略，成功實現(xiàn)了對具有多種流變性質(zhì)和功能特性的熱固性材料的墨水直寫(DIW)打印。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國際期刊《自然通訊》上。

熱固性材料在交聯(lián)后形成三維空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，具有非常優(yōu)異的力學性能和穩(wěn)定性。近年來，熱固性材料在軟體機器人和柔性電子等領(lǐng)域扮演著愈發(fā)重要的角色。新型軟體機器人對復雜結(jié)構(gòu)與功能性提出了更高的需求，面向其開發(fā)一種簡單、普適、廉價的熱固性材料制造方法具有重要的意義。然而，熱固性材料的3D打印仍然存在諸多限制，如固化原理、材料的流變性和成型效率等。

研究人員通過鄰接層快速加熱和焦耳加熱器加熱的雙重加熱方式，使得代表性的熱固性材料Sylgard184最快可以在2秒內(nèi)固化，從而成功實現(xiàn)了未經(jīng)改性的低黏度Sylgard184的直接3D打印，打印結(jié)構(gòu)與模具鑄造結(jié)構(gòu)的力學性能類似。通過采用不同直徑的噴頭，該方法的尺寸可擴展性得到了驗證，實現(xiàn)了120毫米的最大打印高度和50微米的分辨率。作者展示了一批具有不同性質(zhì)的熱固性材料的原位雙重加熱打印，這些材料具有跨越五個數(shù)量級的動態(tài)黏度變化，包括牛頓流體、剪切變稀流體和屈服應力流體等。

這項研究還展示了原位雙重加熱打印豐富的功能性，包括打印多材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及不同含量的磁響應柔性結(jié)構(gòu)，如柔性血管支架等。通過與“拾取和放置”(pick-and-place)工藝結(jié)合，原位雙重加熱打印還可以制造柔性電子設備。這些結(jié)果表明，原位雙重加熱打印在新興的軟體機器人、柔性電子等領(lǐng)域有著廣闊的應用空間。

(中國科大供圖)

關(guān)鍵詞： 熱固性材料 力學性能 相關(guān)研究 異質(zhì)結(jié)構(gòu) 可擴展性