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南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院的研究人員開發(fā)出了可自修復(fù)的3D打印橡膠材料，可實(shí)現(xiàn)快速制造，這種材料遭遇破裂或刺穿可以進(jìn)行自我修復(fù)。這種材料將為鞋類、輪胎、軟機(jī)器人甚至電子設(shè)備制造帶來改變契機(jī)，在縮短制造時(shí)間的同時(shí)提高產(chǎn)品的使用壽命。

材料自我修復(fù)實(shí)驗(yàn)過程

新型材料使用基于光聚合的3D打印方法制造，即通過光把液態(tài)樹脂材料固化成所需圖形或形狀。3D打印使用具有硫醇和二硫化物基團(tuán)的彈性體油墨，其中硫醇基團(tuán)在增材制造過程中促進(jìn)硫醇-烯的光聚合，二硫化物基團(tuán)在自愈合過程中實(shí)現(xiàn)二硫化物復(fù)分解反應(yīng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過在光聚合反應(yīng)過程中添加氧化劑，硫醇開始轉(zhuǎn)化為二硫化物化學(xué)基團(tuán)。二硫化物在破碎時(shí)能夠改造重組，從而實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。研究人員指出這兩組材料之間的比例是實(shí)現(xiàn)自修復(fù)能力的關(guān)鍵。當(dāng)氧化劑逐漸增加時(shí)，自愈行為變強(qiáng)，但光聚合行為變?nèi)酰@兩種行為之間存在競爭。研究人員發(fā)現(xiàn)了能夠?qū)崿F(xiàn)高度自我修復(fù)和相對(duì)快速的光聚合的比例并進(jìn)行了試驗(yàn)。在短短5秒鐘內(nèi)，可以打印17.5毫米的正方形，在大約20分鐘內(nèi)完成整個(gè)物體，受損后可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)自行修復(fù)。研究人員展示了該種材料在一系列產(chǎn)品上的性能，包括鞋墊、軟機(jī)器人、多相復(fù)合材料和電子傳感器。經(jīng)驗(yàn)證，僅通過升高溫度就可以減少材料愈合時(shí)間。該材料在被切成兩半后，置于60℃環(huán)境下兩小時(shí)即可完全愈合，并且強(qiáng)度和功能得以保持。

研究人員指出，在不同的溫度下（40℃~60℃），材料愈合率接近100％，通過改變溫度，可以控制愈合速度，即使在室溫下，材料仍然可以自我修復(fù)。在實(shí)現(xiàn)3D可印刷軟質(zhì)材料之后，研究人員正在開發(fā)其他不同硬度的可自愈合材料，從現(xiàn)有的軟橡膠到剛性硬塑料，這些可用于車輛部件、復(fù)合材料、甚至防彈衣。