近日，南方科技大學(xué)機械與能源工程系副教授葛锜研究團隊與美國科羅拉多大學(xué)丹佛分校教授Christopher M. Yakacki團隊合作在材料領(lǐng)域頂級期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）發(fā)表研究成果，通過數(shù)字光處理技術(shù)實現(xiàn)液晶彈性體3D打印，用于超輕三維吸能結(jié)構(gòu)的快速成型。
通過材料的三維點陣結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)型設(shè)計(如負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)、細(xì)長桿屈曲結(jié)構(gòu)等)，使其在變形過程中產(chǎn)生能量耗散是目前3D打印實現(xiàn)吸能結(jié)構(gòu)的主要手段。但是，目前3D打印吸能結(jié)構(gòu)的材料多為彈性材料，而粘彈性材料本身優(yōu)越的能量耗散屬性并未在三維吸能結(jié)構(gòu)中得到很好的利用。
液晶彈性體作為一種受光或熱刺激能產(chǎn)生大體積收縮的功能軟材料，目前主要用于制作軟體驅(qū)動器或者機器人。同時，液晶彈性體展現(xiàn)了非線性大變形粘彈性的力學(xué)行為，是一種性能佳的耗能材料。但是，復(fù)雜的化學(xué)合成工藝使得液晶彈性體的成型限制在薄膜形態(tài)(小于150微米)。盡管最近發(fā)展的點擊化學(xué)使得墨水直寫3D打印技術(shù)可用于液晶彈性體三維結(jié)構(gòu)成型，但這樣擠出式的3D打印方法極大地限制了液晶彈性體三維結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和精度。
葛锜團隊與Yakacki團隊合作，通過麥克加成反應(yīng)將液晶基元與二硫醇單體聚合生成具有丙烯酸酯端基的光敏液晶彈性體低聚物，并可通過基于光固化數(shù)字光處理3D打印技術(shù)實現(xiàn)液晶彈性體復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的3D打印?（圖1）。
實驗表明，不同于普通彈性體，液晶彈性體三維結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能與加載速率直接相關(guān)（圖2）。
在高速加載（220%/s）條件下，液晶彈性體三維結(jié)構(gòu)單位質(zhì)量的吸能效率是普通彈性體三維結(jié)構(gòu)吸能效率的27倍（圖3）。
這表明所開發(fā)的光敏液晶彈性低聚物可通過光固化數(shù)字光處理3D打印技術(shù)獲得高效吸能結(jié)構(gòu)和器件。
該項研究為3D打印成型輕型抗沖擊/減震結(jié)構(gòu)提供了可能性，在電子設(shè)備抗沖擊、運動頭盔等領(lǐng)域具有較大應(yīng)用潛力。
葛锜與Yakacki為本文共同通訊作者，南科大和美國科羅拉多大學(xué)為通訊單位。
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