聚氨酯彈性體是具有優(yōu)異機械性能的高分子材料。通常，傳統(tǒng)的聚氨酯彈性體加工方法需要較高的溫度和壓力，且模具制造復(fù)雜、成本高。當(dāng)前，光固化3D打印技術(shù)具有快速成形、高精度和復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造能力，因而成為制造聚氨酯彈性體的理想方法。
近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員王曉龍和助理研究員劉德勝團隊等，在光固化3D打印高性能聚氨酯彈性體研究方面取得進展。該研究通過調(diào)控光敏聚氨酯預(yù)聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，發(fā)展了具有優(yōu)異光固化3D打印成形能力的高性能聚氨酯彈性體材料，構(gòu)筑了機械承載穩(wěn)定性的生物醫(yī)用支架以及具有仿生雙梯度結(jié)構(gòu)的阻尼減振、消音降噪等概念性功能器件。
該研究在聚氨酯前驅(qū)體中引入脲基和酯基，發(fā)展了多重氫鍵誘導(dǎo)的可快速光固化3D打印的超分子聚氨酯彈性體。這一彈性體具有優(yōu)異的高彈性、高強度、韌性及良好的生物相容性和血液相容性。具有高精度光固化3D打印性能的聚氨酯彈性體綜合了高性能與快速結(jié)構(gòu)制造方面的優(yōu)勢，為制造具有抗壓縮承載能力和機械穩(wěn)定性等特性的復(fù)雜柔性結(jié)構(gòu)生物醫(yī)療器械提供了新的材料技術(shù)方案。進一步，研究受向日葵髓雙梯度結(jié)構(gòu)啟發(fā)，采用光固化3D打印聚氨酯彈性體，設(shè)計構(gòu)筑了具有孔徑和壁厚雙梯度變量的仿生雙梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯。這一仿生雙梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯具有選擇性的抗屈曲性以及各向異性的機械性能和耗散行為，提升了強度、能量吸收和抗撕裂性等特性，解決了傳統(tǒng)多孔泡沫材料性能調(diào)控難、功能單一等問題，在阻尼緩沖減振和消音降噪等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
上述成果豐富了高性能光固化3D打印聚氨酯彈性體材料的種類，拓展了高性能光固化3D打印聚氨酯彈性體材料在功能結(jié)構(gòu)器件定制化制造方面的應(yīng)用探索，有望為生物醫(yī)療、柔性電子、摩擦密封等領(lǐng)域提供新的材料、奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果分別發(fā)表在《材料視野》（Materials Horizons）和《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院、甘肅省科學(xué)技術(shù)廳等的支持。
多氫鍵誘導(dǎo)的光固化3D打印聚氨酯彈性體及生物醫(yī)用支架
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