長三角G60鐳射聯盟導讀

在海德堡大學的分子工程實驗室裡，研究人員用3D鐳射列印技術製造出微型壁虎和章魚圖案，這項研究會給微型機器人或生物醫學等領域開闢新的機會。

具有“生命”特性的智慧聚合物：由於動態化學鍵，微尺度的3D結構可以在短短几個小時內增長8倍並變硬。刻度：20微米（μ m）。

打印出的微結構是由被稱為智慧聚合物的新材料製成的，其尺寸和機械效能可以根據需要進行高精度調整。

這些

“逼真的”3D微結構是在“3D物質定製”（3DMM2O）卓越叢集的框架下開發的，該叢集由Ruperto Carola和卡爾斯魯厄理工學院（KIT）合作完成。

在這份研究中，研究人員報告了一種產生這種共價適應性微觀結構（CAM）的新途徑，透過在結構製造後的列印後改性來精確調整其機械效能。

為了實現這一目標，研究人員將提供最高3D製造精度的2PLP與透過將烷氧胺功能結合到列印的3D微觀結構中提供共價動態鍵的簡單油墨系統相結合（下圖a）。利用這種鍵型別的動態和活態特性，透過NER使用額外的硝氧化物分子（TEMPO）和NMP使用苯乙烯作為擴充套件的附加單體來修改3D微縮列印結構（下圖b）。將2PLP技術與烷氧基胺化學相結合，將提供完全適應性的3D微觀結構，除了在分子和微觀尺度上進行精確製造外，還可以為定製應用調整其機械效能。

a）含有共價適應性微觀結構（CAM）的烷氧胺的3D鐳射列印過程的示意圖；b）透過氮氧化物交換反應（左，CAM-NER）和透過氮氧化物介導的聚合（右，CAM-NMP）對CAM進行列印後改性。

德國海德堡大學有機化學研究所和分子系統工程與先進材料研究所的組長Eva Blasco博士說：“製造機械效能可根據需求調整的可程式設計材料在許多應用中都是非常需要的。”這一概念被稱為4D列印。4D列印材料的一個突出例子是形狀記憶聚合物——這種智慧材料可以在溫度等外部刺激的作用下，從變形狀態恢復到原始形狀。

Blasco教授領導的團隊最近介紹了在微尺度下3D列印形狀記憶聚合物的第一個例子。在與生物物理學家Joachim Spatz教授的工作小組合作下，研究人員開發了一種新的形狀記憶材料，可以在宏觀和微觀尺度上都具有高解析度的3D列印。生產的結構包括盒子形狀的微建築，其蓋子在受熱時關閉，然後可以重新開啟。Eva Blasco工作小組的博士研究員Christoph Spiegel解釋說：“這些微小的結構在低啟用溫度下顯示出不尋常的形狀記憶特性，這對生物應用來說非常有趣。”

a）油墨（ink）、參考微觀結構（Ref）、CAM和CAM- ner的FTIR光譜。b） CAM與CAM- ner的氮氧化物交換反應示意圖。c） PEG特異性（C2H5O+）訊號區域參考微觀結構（Ref）、CAM和CAM- ner的ToF-SIMS光譜。d） Ref、CAM和CAM- ner在烷氧胺特異性（C3H8NO+）訊號區域的ToF-SIMS光譜。

利用適應性材料，研究人員在後續研究中成功地生產出了更復雜的3D微結構，如壁虎、章魚，甚至具有“生命”特性的向日葵。這些材料以動態化學鍵為基礎。海德堡大學的研究人員報告說，烷氧胺特別適合於這一目的。在列印過程結束後，這些動態鍵使複雜的微觀結構在短短几個小時內增長了8倍，並在保持形狀的同時變硬。Blasco教授強調說：“傳統油墨不具備這些特性。含有動態鍵的自適應材料在3D列印領域有著光明的未來。”

a） CAM和CAM- NMP的FTIR光譜。聚苯乙烯的特徵吸收峰突出顯示（紫色虛線）b） CAM和CAM- NMP的FTIR光譜。聚苯乙烯的特徵吸收峰被突出顯示（紫色虛線）c）氮氧化物介導CAM- CAM- NMP聚合示意圖；d） C7H7+離子種類的ToF-SIMS光譜。

卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的材料科學家也參與了具有“生命”特性的適應性材料的研究。德國研究基金會和卡爾蔡司基金會資助了這項工作，該工作是在3DMM2O卓越叢集的框架內進行的。研究結果發表在《

Advanced Functional Materials

》雜誌上的兩篇論文中。

TAG: Cam3D列印微觀材料