蘭州化物所實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)韌水凝膠3D打印

高性能結(jié)構(gòu)化水凝膠3D打印因具有良好的理化性能和可個(gè)性化設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)等特征，在組織工程、軟體驅(qū)動(dòng)、柔性傳感、工程承載等許多領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。目前，無(wú)論是化學(xué)交聯(lián)還是物理交聯(lián)3D打印水凝膠，因所制備的3D打印結(jié)構(gòu)體在力學(xué)性能方面表現(xiàn)不佳致使其應(yīng)用嚴(yán)重受限。因此，高強(qiáng)韌水凝膠3D打印對(duì)滿足實(shí)際應(yīng)用需求具有重要意義，是增材制造領(lǐng)域具有挑戰(zhàn)的前沿研究。 KJ cuZ."wX  
中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王曉龍帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，通過(guò)構(gòu)筑雙物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)策略實(shí)現(xiàn)了超高強(qiáng)韌水凝膠3D打印。如圖1所示，該3D打印超高強(qiáng)韌水凝膠由兩步法實(shí)現(xiàn)：（1）基于聚乙烯醇（PVA）和可溶性短鏈殼聚糖（CS）水凝膠前驅(qū)體墨水的直書(shū)寫(xiě)（Direct Ink Writing）3D打印成形。（2）依次進(jìn)行冷凍-解凍循環(huán)和檸檬酸鈉溶液浸泡配位交聯(lián)后處理，形成PVA物理結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)和CS離子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的雙物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)超高強(qiáng)韌水凝膠。 7V-uQ)*  
研究首要任務(wù)是復(fù)雜三維水凝膠結(jié)構(gòu)打印成形，主要通過(guò)調(diào)控由PVA和CS組成的水凝膠墨水體系流變學(xué)性能，如剪切變稀行為以及優(yōu)異的粘彈性能和觸變性能等實(shí)現(xiàn)。隨后依次進(jìn)行冷凍-解凍循環(huán)和檸檬酸鈉溶液浸泡配位交聯(lián)分別構(gòu)建PVA物理結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)和殼聚糖離子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，賦予3D打印水凝膠超高強(qiáng)韌性能。研究表明，采用優(yōu)化條件得到的3D打印雙物理網(wǎng)絡(luò)水凝膠在拉伸應(yīng)變?yōu)?02.27±15.70%下，拉伸強(qiáng)度達(dá)到12.71±1.32 MPa，楊氏模量為14.01±1.35 MPa，斷裂伸長(zhǎng)功為22.10±2.36 MJ m-3。與已報(bào)道的所有3D打印化學(xué)和物理交聯(lián)水凝膠相比，該研究報(bào)道的雙物理網(wǎng)絡(luò)水凝膠相關(guān)性能處于優(yōu)勢(shì)地位（圖2）。撕裂實(shí)驗(yàn)顯示其斷裂能為9.92±1.05 kJ m-2，表現(xiàn)出優(yōu)異的韌性。 Xa$-Sx