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  4D打印技術(shù)將增材制造與智能材料相結(jié)合，能夠制造出具有動(dòng)態(tài)特性和可定制幾何形狀的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)，在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、軟體機(jī)器人和可穿戴電子設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，將多種智能材料融合應(yīng)用于多功能器件的研究仍然相對(duì)有限。目前，大多數(shù)4D打印結(jié)構(gòu)依賴于單一智能材料，因此在單獨(dú)使用時(shí)往往面臨固有的功能性局限。例如，基于液晶彈性體（LCE）的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)可逆和連續(xù)的形態(tài)變化，但這些變化需要持續(xù)的外部刺激；而基于形狀記憶高分子（SMP）的結(jié)構(gòu)在去除外部應(yīng)力或刺激后，能夠保持穩(wěn)定的臨時(shí)形態(tài)，但這些形態(tài)變化通常是不可逆且不連續(xù)的。盡管近年來4D打印技術(shù)在多種智能材料融合方面已有一定進(jìn)展，利用4D打印實(shí)現(xiàn)多種智能材料的一體化打印及材料間功能協(xié)同，仍是一個(gè)相對(duì)較少探索且具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。

圖2. MJF 4D打印SMP的工藝過程及打印件性能

圖4. 混合4D打印的LCE-SMP復(fù)合材料的光熱制動(dòng)和自傳感功能

圖5. 混合4D打印的LCE-SMP復(fù)合材料抓手的按需操控和自傳感能力

  基于上述LCE-SMP復(fù)合材料的特點(diǎn)，本文作者利用混合4D打印技術(shù)一體化地制備了具有導(dǎo)電路徑的SMP-LCE復(fù)合材料（圖5）。通過預(yù)形狀編輯和光輻照控制，所制備的SMP-LCE復(fù)合材料能夠像自適應(yīng)控制抓手一樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的遠(yuǎn)程按需操控，例如從長(zhǎng)時(shí)間的靜態(tài)抓取態(tài)到釋放或從自由態(tài)到抓取轉(zhuǎn)移。同時(shí)，復(fù)合材料抓手能夠?qū)Σ倏貭顟B(tài)提供實(shí)時(shí)電信號(hào)輸出，從而為操控過程提供可靠反饋。這項(xiàng)工作展示了所開發(fā)的混合4D打印技術(shù)一體化制造多種智能材料的能力，為設(shè)計(jì)和構(gòu)建3D幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多功能材料提供了新思路和方法。所開發(fā)的兼具傳感-制動(dòng)的多功能復(fù)合材料在未來智慧系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是需要執(zhí)行多重任務(wù)的智能可穿戴柔性電子、軟體機(jī)器人等，具有巨大的吸引力和應(yīng)用潛力。

  原文鏈接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927796X24001207