《Advanced Science》：通过墨水自调节策略实现3D打印离子凝胶的性能互补

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分类：行业动态
发布时间：2023-06-28 18:00
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2023年6月25日，复旦大学武培怡教授团队在《Advanced Science》上发表题为3D Printing of Ionogels with Complementary Functionalities Enabled by Self-Regulating Ink的研究论文，报道了一种具有自增稠与自调节性能的离子凝胶墨水体系，实现了离子凝胶的可打印性与性能可调。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202302891

研究简介

3D打印可以将柔软和导电材料塑造成复杂的结构，这推动着无数应用领域的创新，例如模仿生物系统协同功能的机器人。尽管最近开发的多材料3D打印技术已经能够按需从各种功能粘弹性材料中创建复杂部件，但墨水组件之间的协同性仍是个问题，因此本文设计了一种易于获取和自我调节的三组分离子凝胶墨水以试图解决这一问题。

研究人员采用不同比例的墨水配方3D打印了相同组件，成功表现出独特而互补的特性。例如，它们的杨氏模量可以相差三个数量级，一些结构是刚性的，而另一些结构是延性和粘性的。通过整合互补功能，本研究进一步展示了具有代表性的蜘蛛网生物原型。模型模仿了天然蜘蛛网的复杂结构和多种功能，甚至可以在水下工作和完成伪装。这种墨水设计策略大大扩展了材料的选择范围，可以为3D打印构建各种人工系统提供有价值的指导。

研究内容解读

本研究采用了一种自调节墨水设计，成功解决了电离胶的可打印性和互补性之间的问题。该墨水前驱体由三种具有结构相似性和良好相容性的成分组成:聚离子液体网络(PIL)、离子液体单体(ILM)和自由离子液体(FIL)分散介质。

通过调整其墨水前驱体的比例可以精确控制流变性能和紫外线后处理的自增强程度，从而实现高效的DIW3D打印和个性化定制打印结构的机械性能。打印结构的杨氏模量可以做到相差三个数量级(从521.3 kPa到148.7 MPa)，具有刚性、延性和粘性。

在此基础上，通过3D打印具有复杂几何形状(例如，刚性结构线、粘性和可拉伸的螺旋线)和多功能机械互补电离子凝胶，进一步展示了具有代表性的生物灵感蜘蛛网原型。3D打印合成的蜘蛛网被证明在自然环境和水生环境中可协同执行捕获和传感任务。该策略集成了设计自由度和各种电离层的可用功能，不仅拓宽了人工系统的设计，而且扩展了它们的应用范围。