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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)性能受限且難以實現(xiàn)自修復(fù)等功能特性。

  針對這一挑戰(zhàn)，浙江大學(xué)吳晶軍、方子正團隊通過化學(xué)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，在聚氨酯丙烯酸酯樹脂中同時引入氨酯鍵和酰氨基脲鍵兩種動態(tài)基團，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：拉伸強度為49.6 MPa，韌性為158.5 MJ/m3�；趯φ諏嶒�，結(jié)合紅外光譜和小角X射線散射等表征手段（圖2），研究證實酰氨基脲鍵的引入促進了多級氫鍵的形成，顯著提升了能量耗散效率。同時，分析還發(fā)現(xiàn)材料在拉伸過程中伴隨結(jié)晶行為的出現(xiàn)，該行為進一步提升了材料的強度與韌性。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態(tài)特性，打印材料在130 °C下加熱2小時即可實現(xiàn)高效修復(fù)，且修復(fù)效率高達95.6%。與現(xiàn)有光固化3D打印材料相比，該材料的拉伸強度是同類可修復(fù)彈性體的10倍以上，成功實現(xiàn)了超強韌與可修復(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

圖2. 3D打印彈性體的增韌機制探究

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打印及性能對比

  需要說明的是，團隊去年報道了一種含有動態(tài)受阻脲鍵和側(cè)鏈羧基的光敏樹脂材料。材料在打印完成后，通過加熱后處理可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的本質(zhì)變化，實現(xiàn)了多重機制下的協(xié)同增韌，由此開辟了超強韌3D 打印高分子的新路徑（Nature, 2024, 631, 783-788）。本工作在此基礎(chǔ)上，通過在光固化 3D 打印彈性體中構(gòu)筑多級氫鍵網(wǎng)絡(luò)，同時實現(xiàn)了材料的超強韌性與可修復(fù)性。這種分子結(jié)構(gòu)設(shè)計策略不僅為高性能 3D 打印提供了新思路，也為制造復(fù)雜柔性器件開辟了新途徑，有望推動相關(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