文献解读|仿生荧光可调自修复形状记忆柔性驱动器3D打印制备,可重构变形软体机器人材料

针对柔性驱动器、仿生智能高分子、软体机器人结构DIW成型研发需求,天津铂邦科技专注DIW浆料直写设备研发制造,可根据科研、量产需求,提供标准化打印整机、软硬件系统定制、专属高分子柔性浆料工艺全流程技术服务。

本篇论文发表于Materials Today Chemistry,本次研究全部样品成型实验均可依托天津铂邦科技DIW设备完整复现。研究模仿变色龙、头足类生物环境自适应变色特性,合成二硫键改性形状记忆聚氨酯基底,引入两种聚集诱导发光AIE功能分子,制备兼具荧光可调、自修复、形状记忆、中温可重构焊接多重功能柔性驱动材料,单种热刺激即可同步触发形变、荧光变色、损伤愈合多重响应,依托3D打印成型可制作任意三维软体驱动结构,在软体机器人、可穿戴电子皮肤、仿生传感领域具备应用价值。

传统柔性驱动材料功能单一,大多仅具备形变能力,材料划伤破损后无法自行修复,且成型结构固定难以二次改造;普通荧光柔性材料无法实现热致色彩动态调控。本体系聚氨酯分子链引入动态二硫键,赋予材料室温自愈合、中温焊接重构能力,双AIE发光基团配比可精准调控蓝-绿全区间荧光色彩,搭配DIW浆料直写工艺可自由打印复杂仿生驱动轮廓,突破传统薄膜成型结构单一的局限。

材料分子、荧光调控、自修复、焊接重构完整机理示意图
配图1:原文Scheme1,双AIE改性聚氨酯分子结构、多性能协同作用原理总图

双AIE改性自修复聚氨酯材料合成体系

该套高分子浆料合成、DIW挤出成型整套流程均适配天津铂邦科技标准化打印整机。以MDI、PTMG、含二硫键二醇HEDS为基础原料聚合得到可自修复聚氨酯SMSHPU,再分别引入TPE-COOH、HNMA两种AIE荧光分子,通过调控两组分添加比例制备系列P-HxTy复合材料。TPE分子受热蓝荧光衰减,HNMA依靠晶型转变调控绿色发光强度,两种发光单元复配实现连续色彩调节。整套原料可调配为适配挤出成型高粘柔性墨水,直接使用DIW设备打印各类柔性驱动器件。

聚氨酯合成路线、荧光光谱、色坐标、拉伸性能测试图
配图2:原文Fig.1,聚合反应流程、荧光光谱CIE色坐标、材料拉伸应力应变曲线

材料多重功能协同性能分析

材料极限拉伸应变可达1600%,力学延展性远超常规柔性聚合物;分子链动态二硫键断裂重组特性使划伤样品室温静置即可自动愈合,愈合后力学性能恢复率高;中温加热条件下材料界面二硫键发生共价键结合,不同打印模块可相互焊接,实现三维结构二次重构。通过DIW设备分段打印不同荧光配比浆料,焊接一体后可制备分区变色仿生软体,单一热刺激下不同区域同步呈现差异化荧光,直观反馈环境温度变化。

单一热刺激可同步触发形状记忆回复、荧光色彩转变、损伤自修复三大响应,解决多数智能材料多刺激触发使用复杂问题,材料成型浆料粘度、触变性均可通过配方调整匹配铂邦科技DIW挤出系统,无需额外改造打印硬件。

荧光变色、切割自修复、模块焊接3D变形实物演示图
配图3:论文实物实拍,紫外荧光效果、伤口自愈合、多片焊接重构三维软体

材料工程应用价值

第一,依托DIW浆料直写自由成型优势,摆脱模具限制,可打印任意异形仿生软体驱动器;

第二,集成荧光可视化传感、自修复、可重构多重功能,简化软体机器人材料配套体系;

第三,中温焊接重构特性实现材料循环加工利用,降低实验与量产原料损耗;

第四,热响应荧光可视化可用于柔性电子皮肤温度实时直观监测,适用于各类人机交互仿生设备研发。

本文全套双AIE自修复柔性高分子合成、DIW3D打印成型实验方案均可依托天津铂邦科技DIW浆料直写设备完整复刻落地。天津铂邦科技专注DIW浆料直写设备研发制造,可根据科研、量产需求,提供标准化打印整机、软硬件系统定制、专属高分子柔性浆料工艺全流程技术服务。

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