德克薩斯A&M大學和美國陸軍研究實驗室的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一系列合成聚合物，即會自修復、能3D打印、可回收的彈性體。

該研究作者Svetlana Sukhishvili表示，這些彈性體的質(zhì)地從超軟到極硬，性能可以微調(diào)，以獲得橡膠的柔軟度或承重塑料的強度，而且都能3D打印、自修復、可回收的，在空氣或水下都能自然粘附。

3D打印能力和幾秒鐘內(nèi)自我修復的能力，使材料適合于更逼真的假肢和軟機器人。此外，該聚合物可以有更廣泛的軍事應用，如飛行器的敏捷平臺和未來的自愈機翼。

彈性體制備

為了開發(fā)新的聚合物，研究的重點轉(zhuǎn)向參與交聯(lián)的分子，研究人員用兩種類型的交聯(lián)小分子呋喃和馬來酰亞胺在預聚體鏈上進行“化學鑲嵌”。

通過增加預聚體中這些分子的數(shù)量，可以制造出更硬的材料。采用這種方式，制造的最硬的材料比最軟的材料強1000倍。而且，這種交聯(lián)是可逆的：呋喃和馬來酰亞胺參與了一種可逆的化學鍵合。

在這個反應中，呋喃和馬來酰亞胺可以根據(jù)溫度‘鎖鍵’和‘松鍵’。當溫度足夠高時，分子從聚合物鏈上分離，材料軟化。在室溫下，當分子“快速地相互鎖鍵”再次形成交聯(lián)時，材料變硬。因此，如果在環(huán)境溫度下材料有任何撕裂，呋喃和馬來酰亞胺會自動重新‘鎖鍵’，在幾秒鐘內(nèi)修復間隙。

對于不同的剛度水平，交聯(lián)劑從預聚物鏈上解離或松開的溫度相對相同。

彈性體作用

研究人員利用這種特性對這些材料進行3D打印。不管這些材料是軟的還是硬的，都可以在相同的溫度下熔化，然后用作打印材料。

美國陸軍研究實驗室的研究工程師、該研究的作者Frank Gardea表示，通過修改標準3D打印機的硬件和處理參數(shù)，可以用這種材料逐層打印復雜的3D部件，而且構(gòu)成部件的各層還可以具有截然不同的剛度。

當3D零件冷卻到室溫時，不同的層之間形成“無縫連接”，從而避免了后期固化或任何其他化學處理的需要。

利用材料的特性，3D打印部件還可以使用高熱熔化，然后回收。而且，在被設(shè)置成一種形狀后，只需加熱就可以使它們變成不同的形狀。

未來，研究人員計劃通過放大當前研究中材料的這種功能性，實現(xiàn)在室溫下將自我修復功能從目前80%左右的提高到100%，并能夠?qū)囟纫酝獾钠渌碳?如光)產(chǎn)生反應。用這種材料生產(chǎn)一些低級智能產(chǎn)品。