LCE光固化3D打印技术获突破

中化新网讯 近日，清华大学副教授吉岩课题组成功开发了一种基于光生碱剂（PBG）的非自由基3D打印策略，为面向软体机器人和冲击防护的高性能3D打印液晶弹性体（LCE）开辟了一条高成功率的路径。相关论文以“非自由基光固化液晶弹性体3D打印”为题，发表在《德国应用化学》上。

据悉，该策略通过精确的、选择性的硫醇-丙烯酸酯迈克尔加成反应，显著提高打印成功率，所制备的PBG固化LCE材料杨氏模量仅为1.69MPa，是目前所有光固化LCE中最柔软的。同时，该技术解放了液晶介晶，通过介晶重新取向与3D结构设计的协同作用，大幅增强了阻尼能力。

在智能材料领域，LCE因其独特的各向异性结构、软弹性和对外界刺激的响应能力，已成为软体机器人、传感器和人工肌肉等下一代应用的理想候选材料。然而，基于数字光处理技术的LCEs光固化3D打印长期以来严重依赖自由基介导的聚合反应。这种方法不可避免地导致丙烯酸酯均聚，形成交联不均匀、密度高且带有未反应基团的异质网络，致使打印件易开裂、液晶介晶重新取向受限，最终造成产品合格率低、成本攀升，并损害了材料的阻尼与驱动性能。

吉岩课题组此次开发的技术彻底解决了3D打印LCE过程中因溶剂挥发和内部应力不均导致的易开裂难题。利用这一优势，研究者成功打印了具有热致协调变形能力的蜂窝状晶格结构以及模仿海星捕食行为的仿生驱动器。尽管目前商用PBG的选择仍有限，且活化能要求较高，但这项工作无疑拓宽了光固化3D打印LCE的化学范畴，未来的研究可致力于开发更高效、更易活化的光生碱剂体系，并进一步优化分子设计，以挖掘该平台的更大潜力。