彈性體作為一種通用材料,以其優異的材料性質(彈性、回復性以及電絕緣和熱絕緣特性等)廣泛應用于各個領域中,尤其是隨著軟體機器人、柔性電子產品及智能生物醫學設備等對材料柔性和可變形性有嚴苛需求領域的發展,彈性體材料更是扮演著越來越重要的角色。
迄今為止,最廣泛使用的彈性體是硅橡膠基彈性體,然而需要熱固化的特性使其限制在使用切割、成型和鑄造等傳統的方法來制備,大大限制了其設計自由度和幾何復雜性。近年來,基于紫外光(UV)固化的3D打印技術逐漸成熟,該技術可以通過圖案化紫外光將液體聚合物樹脂固化為復雜的3D結構。考慮到設計的豐富性和制造的靈活性,研究人員嘗試使用3D打印技術來制造3D彈性體,然而大多數市售可紫外光固化的液體聚合物樹脂打印出的3D彈性體拉伸性能不盡如人意,往往在拉伸量小于200%(原始長度的兩倍)的長度時斷裂,大大限制了它們的實用性。
新加坡科技設計大學和耶路撒冷希伯來大學合作,共同研究開發了一系列高拉伸性可紫外固化的彈性體(Stretchable UV Curable Elastomer- SUV Elastomer)。這種新型彈性體的拉伸性可高達1100%,是現有各種市售可紫外光固化彈性體拉伸性的五倍以上,并適用于基于紫外固化的3D打印技術。SUV彈性體可直接使用高分辨率3D打印機打印出可展現極大變形的復雜3D晶格或中空結構,例如各向同性桁架、負泊松比結構、氣球、氣動驅動器等。與此同時,SUV彈性體還保持著良好的機械重復性,有潛力成為制造柔性電子器件的良好材料。
這一成果近期發表在Advanced Materials 上,文章由新加坡科技設計大學(Singapore University of Technology and Design-SUTD)數字制造和設計中心(Digital Manufacturing and Design Center-DManD)葛锜教授課題組和耶路撒冷希伯來大學(The Hebrew University of Jerusalem-HUJI) Shlomo Magdassi 教授課題組合作完成。
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