聚氨酯弹性体因优异的弹性、强度和韧性以及良好的生物相容性和血液相容性，被广泛用于机械、医疗等领域，但其复杂结构件成形制造仍存在巨大挑战。
中国科学院兰州化学物理研究所王晓龙研究员团队开发出光固化3D打印的聚氨酯弹性体，通过引入具有强氢键作用脲基基团，实现了其优异性能与复杂结构成形能力的统一，为复杂结构柔弹性功能件的高效制造提供了材料技术基础。
01
双交联策略打印成形
光固化3D打印精度高、成形速度快，但光引发快速凝胶化导致的交联网络形成不充分与材料的高性能化存在固有矛盾。
科研人员提出一种多重氢键诱导的双交联策略，以实现光固化3D打印高性能聚氨酯，即设计制备含脲基的光敏预聚物，在快速光固化形成共价交联网络的基础上，通过多重氢键形成的交联网络的协同作用，克服机械性能和可加工性之间的矛盾，实现高性能聚氨酯弹性体的高精度成形。
▲多重氢键诱导双交联策略实现高精度光固化3D打印高性能聚氨酯
02
向日葵启发双梯度结构
聚氨酯弹性体因其独特的微相分离结构在减震降噪方面表现良好，辅以多孔结构化设计可实现更优异的阻尼性。研究团队受向日葵髓双梯度结构启发，采用高精度光固化3D打印聚氨酯，构筑了具有孔径和壁厚双变量的仿生双梯度多孔聚氨酯泡沫。
具有双梯度结构的多孔聚氨酯泡沫表现出选择性的抗屈曲性、各向异性的机械性能和耗散行为。该聚氨酯泡沫还具有高强度、能量吸收和抗撕裂性等特性，在阻尼缓冲减振和消音降噪等领域具有应用前景。
▲仿向日葵髓双梯度聚氨酯泡沫实现强阻尼减振
03
兼容性助力新方案
研究团队利用光固化3D打印聚氨酯弹性体开发出的具有优异承载能力和机械稳定的聚氨酯支架。
与金属支架相比，聚氨酯支架表现出更好的生物兼容性，在体内长期使用时可有效降低免疫排斥和炎症反应，为临床中血管内支架的构建，提供了一种理想选择，也开辟了快速制备复杂柔性结构医疗器械的新方法。相关成果发表于国际学术期刊《材料视野》和《化学工程杂志》。
上述成果丰富了光固化3D打印高性能聚氨酯弹性体材料的种类，拓展了其在复杂结构柔性功能结构器件定制化制造方面的应用探索，为生物医疗、柔性电子、摩擦密封等领域复杂结构柔弹性功能构件提供了高效解决方案和材料技术基础。
来源：中国科学院兰州化学物理研究所
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