南科大在液晶彈性體3D列印研究方面取得新進展

近日，南方科技大學機械與能源工程系副教授葛錡研究團隊與美國科羅拉多大學丹佛分校教授Christopher M. Yakacki團隊合作在材料領域頂級期刊《Advanced Materials》發表研究成果，通過數字光處理技術實現液晶彈性體3D列印，用於超輕三維吸能結構的快速成型。

通過材料的三維點陣結構的幾何構型設計(如負泊松比結構、細長杆屈曲結構等)，使其在變形過程中產生能量耗散是目前3D列印實現吸能結構的主要手段。但是，目前3D列印吸能結構的材料多為彈性材料，而粘彈性材料本身優越的能量耗散屬性並未在三維吸能結構中得到很好的利用。

液晶彈性體作為一種受光或熱刺激能產生大體積收縮的功能軟材料，目前主要用於製作軟體驅動器或者機器人。同時，液晶彈性體展現了非線性大變形粘彈性的力學行為，是一種性能佳的耗能材料。但是，複雜的化學合成工藝使得液晶彈性體的成型限制在薄膜形態(小於150微米)。儘管最近發展的點擊化學使得墨水直寫3D列印技術可用於液晶彈性體三維結構成型，但這樣擠出式的3D列印方法極大地限制了液晶彈性體三維結構的複雜性和精度。

基於光固化數字光處理技術的液晶彈性體3D列印

葛錡團隊與Yakacki團隊合作，通過麥克加成反應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，並可通過基於光固化數字光處理3D列印技術實現液晶彈性體複雜三維結構的3D列印。

液晶彈性體的加載率相關非線性大變形粘彈性力學行為

圖3. 液晶彈性體三維結構與普通彈性體材料吸能效率對比

實驗表明，不同於普通彈性體，液晶彈性體三維結構的力學性能與加載速率直接相關。在高速加載（220%/s）條件下，液晶彈性體三維結構單位質量的吸能效率是普通彈性體三維結構吸能效率的27倍。這表明所開發的光敏液晶彈性低聚物可通過光固化數字光處理3D列印技術獲得高效吸能結構和器件。該項研究為3D列印成型輕型抗衝擊/減震結構提供了可能性，在電子設備抗衝擊、運動頭盔等領域具有較大應用潛力。

葛錡與Yakacki為本文共同通訊作者，南科大和美國科羅拉多大學為通訊單位。

註：本文內容來自南方科技大學，研究原文已上傳。