中国科大：智能材料3D打印技术取得突破性进展

3D打印技术参考注意到，来自中国科学技术大学的研究团队近日在国际权威学术期刊《ACS Nano》上发表了题为“3D Printing of Near-Ambient Responsive Liquid Crystal Elastomers with Enhanced Nematic Order and Pluralized Transformation”的文章，介绍了一种创新的复合冷场3D打印技术，成功制造出具有更高性能的近环境温度使用的液晶弹性体（NAT-LCEs），为智能材料的3D打印带来了新突破，有望促进软机器人技术、生物医学设备和可穿戴电子产品的发展。

研究背景与挑战

液晶弹性体是一种将软聚合物网络与各向异性液晶中粒子相结合的智能材料，其可编程、可逆变形和高能量密度已引起人们的高度重视。同时，材料的可编程性以及取向有序程度极大影响材料的性能，并进一步影响如今产品的表现力。传统制造方法所制造的产品已经在可穿戴设备以及机器人领域获得了应用，但仍旧面临可编程性差、取向有序程度低等问题。

3D打印技术目前也被用于制造液晶弹性体，如直接墨水书写（DIW）技术，其具有较高的可编程性，但制得的液晶弹性体材料取向序参数往往不高，限制了其在实际应用中的性能。针对这些挑战，中国科大提出了一种创新的复合冷场3D打印技术，旨在同时解决近环境温度响应的液晶弹性体的可编程性和取向序参数提升难题，同时赋予材料复杂形状成型和形变能力。

复合冷场3D打印技术

复合冷场3D打印技术的核心在于改进温度场调控系统。通过控制流变学和热力学特性，来促进自然光电池的三维打印和编程。通过将液体冷却器整合到喷嘴中，将挤压态的气孔油墨保持在高粘度的序列状态。打印平台利用半导体冷却器和紫外线灯(365纳米波长)快速打印出液晶弹性体直线，该过程不会在交叉链接过程中破坏介晶基元的有序性。

相比室温打印0.013的液晶基元取向序参数，该团队将该数值提升到了0.406。在打印过程中观察到大约30℃的过渡温度变化，具有加热和冷却时可编程的双向变形特点，非常适合在人体兼容设备和不同环境条件中的应用。

增强三维打印和准环境温度响应液晶弹性体的混合冷却控制策略

研究人员还发现，为液晶中间体在较高的温度下表现出更多的紊乱，在较低的温度下表现出更高的顺序。这种对不同的热刺激的适应性可以实现更多的应用场景。

可穿戴设备与生物医学应用

研究人员表示，他们所开发的3D打印机在生物兼容设备和机器人技术上有很大的前途。作为演示，他们打印了一个具有心率监测功能的腕带，其中集成了柔性液态金属加热元件，并通过PID控制系统实现精确的温度控制。当需要准确的数据时，使用者可开关加热器，以手动或控制程序来收紧腕带，与松开状态相比，这种收紧大大降低了噪声，从而提高了心率测量的准确性。此外，研究人员还对该腕带进行了1000次循环疲劳测试，发现手环的拉伸性能没有显著下降，显示出其在实际应用中的耐用性。

总的来说，中国科大在智能材料3D打印技术方面取得的这一突破，不仅为近环境温度使用的弹性体制造提供了新方法，还为开发具有复杂变形行为和动态响应能力的智能材料开辟了新的途径，有望在软体机器人、生物医学设备和可穿戴电子设备等领域实现更多创新应用。

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