德克薩斯A&M大學(xué)和美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一系列合成聚合物，即會(huì)自修復(fù)、能3D打印、可回收的彈性體。
該研究作者Svetlana Sukhishvili表示，這些彈性體的質(zhì)地從超軟到極硬，性能可以微調(diào)，以獲得橡膠的柔軟度或承重塑料的強(qiáng)度，而且都能3D打印、自修復(fù)、可回收的，在空氣或水下都能自然粘附。
3D打印能力和幾秒鐘內(nèi)自我修復(fù)的能力，使材料適合于更逼真的假肢和軟機(jī)器人。此外，該聚合物可以有更廣泛的軍事應(yīng)用，如飛行器的敏捷平臺(tái)和未來(lái)的自愈機(jī)翼。
彈性體制備
為了開(kāi)發(fā)新的聚合物，研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向參與交聯(lián)的分子，研究人員用兩種類型的交聯(lián)小分子呋喃和馬來(lái)酰亞胺在預(yù)聚體鏈上進(jìn)行“化學(xué)鑲嵌”。
通過(guò)增加預(yù)聚體中這些分子的數(shù)量，可以制造出更硬的材料。采用這種方式，制造的最硬的材料比最軟的材料強(qiáng)1000倍。而且，這種交聯(lián)是可逆的：呋喃和馬來(lái)酰亞胺參與了一種可逆的化學(xué)鍵合。
在這個(gè)反應(yīng)中，呋喃和馬來(lái)酰亞胺可以根據(jù)溫度‘鎖鍵’和‘松鍵’。當(dāng)溫度足夠高時(shí)，分子從聚合物鏈上分離，材料軟化。在室溫下，當(dāng)分子“快速地相互鎖鍵”再次形成交聯(lián)時(shí)，材料變硬。因此，如果在環(huán)境溫度下材料有任何撕裂，呋喃和馬來(lái)酰亞胺會(huì)自動(dòng)重新‘鎖鍵’，在幾秒鐘內(nèi)修復(fù)間隙。
對(duì)于不同的剛度水平，交聯(lián)劑從預(yù)聚物鏈上解離或松開(kāi)的溫度相對(duì)相同。
彈性體作用
研究人員利用這種特性對(duì)這些材料進(jìn)行3D打印。不管這些材料是軟的還是硬的，都可以在相同的溫度下熔化，然后用作打印材料。
美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究工程師、該研究的作者Frank Gardea表示，通過(guò)修改標(biāo)準(zhǔn)3D打印機(jī)的硬件和處理參數(shù)，可以用這種材料逐層打印復(fù)雜的3D部件，而且構(gòu)成部件的各層還可以具有截然不同的剛度。
當(dāng)3D零件冷卻到室溫時(shí)，不同的層之間形成“無(wú)縫連接”，從而避免了后期固化或任何其他化學(xué)處理的需要。
利用材料的特性，3D打印部件還可以使用高熱熔化，然后回收。而且，在被設(shè)置成一種形狀后，只需加熱就可以使它們變成不同的形狀。
未來(lái)，研究人員計(jì)劃通過(guò)放大當(dāng)前研究中材料的這種功能性，實(shí)現(xiàn)在室溫下將自我修復(fù)功能從目前80%左右的提高到100%，并能夠?qū)囟纫酝獾钠渌碳?如光)產(chǎn)生反應(yīng)。用這種材料生產(chǎn)一些低級(jí)智能產(chǎn)品。
