4D打印形状记忆聚合物及其自适应动态器件研究

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形状记忆聚合物(Shape memory polymer,SMP)是具有大变形能力、优异柔韧性、质量轻、易于加工、生物可降解性等内在特性的智能材料,智能材料的出现弱化了功能材料与结构材料的边界并在组织工程、生物医疗和智能结构等领域展现出良好的应用前景。随着3D打印技术的发展,材料加工方式实现了二维到三维的快速变迁,并且4D打印的概念也应运而生。4D打印技术是借助智能材料的3D打印,实现三维打印结构在特定刺激下变换形状或其他性能。但适于4D打印的智能材料在目前研究中涉及颇少,基于此,本论文首先开发两种适于4D打印的SMP,并探究各自的应用潜力,主要研究内容和结论如下:(1)利用环氧乙烯基酯配备了具有UV固化功能的强韧性形状记忆聚合物打印墨水,通过DLP 3D光固化打印机打印出高精度模型,在SEM图像下的微观结构达到了微米级别。另外,一系列的形状记忆性能表征证明了材料优异的形状记忆性能和韧性,打印的经典的埃菲尔铁塔模型能够做出90°弯曲未出现裂纹这一结果更加有力的证明材料的韧性。又探究了不同处理方式下材料的热力学性能的差异。并且,热处理后的材料在高于玻璃化转变温度15-20度下能够实现300~400%的应变提升。(2)利用PEG400DA、8413与HEMA制备了一种具有更高韧性与强度的UV固化形状记忆聚合物打印墨水。为了筛选最优体系,采用含有不同数量的官能度的交联剂制备了一系列的形状记忆聚合物体系,并探究了不同交联剂对材料的热力学性能的影响。随后,通过灰度曝光,能够实现材料的梯度打印,并且PEG400DA与HEMA自身具有的亲水基团,结合不同梯度材料的性能差异可以实现水下显影效果。最后结合材料固有的形状记忆功能,实现了双重加密功能,并发现,根据不同处理方式得到两种截然不同的加密效果:永久加密或永久解密。
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