具有孔径和壁厚双梯度变量的仿生双梯度结构，兰化所研制高性能聚氨酯弹性体

     仿生结构受自然界动植物巧妙结构的启发，通常会表现出卓越的力学性能；同时，这类结构也受动植物维系生命功能天然设计的启发，能够表现出多种功能特性。得益于仿生结构突出的力学性能和强大的功能特性，其在航空航天、新能源、轨道交通甚至医学等领域都具有广泛的应用背景。

      增材制造的成形方式正好十分契合仿生结构的形成，因此在研究清楚生物机理后，采用增材制造技术可以制备出具有优越力学性能和多样化功能的仿生结构。

”

       近日，兰化所开发了具有双重交联网络的高性能光能聚氨酯弹性体，这种网络结构增强了材料的机械性能，使其适合于3D打印。相关研究成果分别发表在《材料视野》（Materials Horizons）和《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院、甘肃省科学技术厅等的支持。借助中国复合材料学会的分享，本期与网友共同领略有关聚氨酯弹性体3D打印的突破。

▲论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724082317?via%3Dihub

3D科学谷洞察

“仿生双梯度结构聚氨酯具有选择性的抗屈曲性以及各向异性的机械性能和耗散行为，解决了传统多孔泡沫材料性能调控难、功能单一等问题，在阻尼缓冲减震和消音降噪等领域具有应用前景。具有高精度光固化3D打印性能的聚氨酯弹性体综合了高性能与快速结构制造方面的优势，为制造具有抗压缩承载能力和机械稳定性等特性的复杂柔性结构提供了新的材料技术方案。”

 双梯度结构

聚氨酯弹性体是具有优异机械性能的高分子材料。通常，传统的聚氨酯弹性体加工方法需要较高的温度和压力，且模具制造复杂、成本高。当前，光固化3D打印技术具有快速成形、高精度和复杂结构制造能力，因而成为制造聚氨酯弹性体的理想方法。

根据中国科学院和中国复合材料学会，近日，中国科学院兰州化学物理研究所研究员王晓龙和助理研究员刘德胜团队，在光固化3D打印高性能聚氨酯弹性体研究方面取得进展。该研究通过调控光敏聚氨酯预聚物的化学结构，发展了具有优异光固化3D打印成型能力的高性能聚氨酯弹性体材料，构筑了机械承载稳定性的生物医用支架以及具有仿生双梯度结构的阻尼减震、消音降噪等概念性功能器件。

该研究在聚氨酯前驱体中引入脲基和酯基，发展了多重氢键诱导的可快速光固化3D打印的超分子聚氨酯弹性体。这一弹性体具有优异的高弹性、高强度、韧性及良好的生物相容性和血液相容性。具有高精度光固化3D打印性能的聚氨酯弹性体综合了高性能与快速结构制造方面的优势，为制造具有抗压缩承载能力和机械稳定性等特性的复杂柔性结构生物医疗器械提供了新的材料技术方案。

此外，研究团队受向日葵髓双梯度结构启发，采用光固化3D打印聚氨酯弹性体，设计构筑了具有孔径和壁厚双梯度变量的仿生双梯度结构聚氨酯。这一仿生双梯度结构聚氨酯具有选择性的抗屈曲性以及各向异性的机械性能和耗散行为，提升了强度、能量吸收和抗撕裂性等特性，解决了传统多孔泡沫材料性能调控难、功能单一等问题，在阻尼缓冲减震和消音降噪等领域具有应用前景。

上述成果丰富了高性能光固化3D打印聚氨酯弹性体材料的种类，拓展了高性能光固化3D打印聚氨酯弹性体材料在功能结构器件定制化制造方面的应用探索，有望为生物医疗、柔性电子、摩擦密封等领域提供新的材料、奠定技术基础。

来源
中国复合材料学会 l