南加州大學開發出可自修復3D打印材料

南加州大學維特比工程學院的研究人員開發出了可自修復的3D打印橡膠材料，可實現快速制造，這種材料遭遇破裂或刺穿可以進行自我修復。這種材料將為鞋類、輪胎、軟機器人甚至電子設備制造帶來改變契機，在縮短制造時間的同時提高產品的使用壽命。

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的彈性體油墨，其中硫醇基團在增材制造過程中促進硫醇-烯的光聚合，二硫化物基團在自愈合過程中實現二硫化物復分解反應。研究人員發現，通過在光聚合反應過程中添加氧化劑，硫醇開始轉化為二硫化物化學基團。二硫化物在破碎時能夠改造重組，從而實現自我修復。研究人員指出這兩組材料之間的比例是實現自修復能力的關鍵。當氧化劑逐漸增加時，自愈行為變強，但光聚合行為變弱，這兩種行為之間存在競爭。

研究人員發現了能夠實現高度自我修復和相對快速的光聚合的比例并進行了試驗。在短短5秒鐘內，可以打印17.5毫米的正方形，在大約20分鐘內完成整個物體，受損后可以在幾個小時內自行修復。研究人員展示了該種材料在一系列產品上的性能，包括鞋墊、柔性機器人、多相復合材料和電子傳感器。經驗證，僅通過升高溫度就可以減少材料愈合時間。該材料在被切成兩半后，置于60℃環境下2小時即可完全愈合，并且強度和功能得以保持。

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。在實現3D可印刷軟質材料之后，研究人員正在開發其他不同硬度的可自愈合材料，從現有的軟橡膠到剛性硬塑料，這些可用于車輛部件、復合材料甚至防彈衣。