近日，南方科技大學機械與能源工程系副教授葛锜研究團隊與美國科羅拉多大學丹佛分校教授Christopher M. Yakacki團隊合作在材料領域頂級期刊《先進材料》（Advanced Materials）發(fā)表研究成果，通過數(shù)字光處理技術實現(xiàn)液晶彈性體3D打印，用于超輕三維吸能結構的快速成型。
通過材料的三維點陣結構的幾何構型設計(如負泊松比結構、細長桿屈曲結構等)，使其在變形過程中產生能量耗散是目前3D打印實現(xiàn)吸能結構的主要手段。但是，目前3D打印吸能結構的材料多為彈性材料，而粘彈性材料本身優(yōu)越的能量耗散屬性并未在三維吸能結構中得到很好的利用。
液晶彈性體作為一種受光或熱刺激能產生大體積收縮的功能軟材料，目前主要用于制作軟體驅動器或者機器人。同時，液晶彈性體展現(xiàn)了非線性大變形粘彈性的力學行為，是一種性能佳的耗能材料。但是，復雜的化學合成工藝使得液晶彈性體的成型限制在薄膜形態(tài)(小于150微米)。盡管最近發(fā)展的點擊化學使得墨水直寫3D打印技術可用于液晶彈性體三維結構成型，但這樣擠出式的3D打印方法極大地限制了液晶彈性體三維結構的復雜性和精度。
葛锜團隊與Yakacki團隊合作，通過麥克加成反應將液晶基元與二硫醇單體聚合生成具有丙烯酸酯端基的光敏液晶彈性體低聚物，并可通過基于光固化數(shù)字光處理3D打印技術實現(xiàn)液晶彈性體復雜三維結構的3D打印?（圖1）。
實驗表明，不同于普通彈性體，液晶彈性體三維結構的力學性能與加載速率直接相關（圖2）。
在高速加載（220%/s）條件下，液晶彈性體三維結構單位質量的吸能效率是普通彈性體三維結構吸能效率的27倍（圖3）。
這表明所開發(fā)的光敏液晶彈性低聚物可通過光固化數(shù)字光處理3D打印技術獲得高效吸能結構和器件。
該項研究為3D打印成型輕型抗沖擊/減震結構提供了可能性，在電子設備抗沖擊、運動頭盔等領域具有較大應用潛力。
葛锜與Yakacki為本文共同通訊作者，南科大和美國科羅拉多大學為通訊單位。
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