科学家用3D打印技术制造出可自我修复的泡沫
站长云网德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员利用动态化学技术创造了一种耐用、可自我修复、更可回收的3D打印泡沫，为可持续制造开辟了新的可能性。
这项研究发表在3月1日出版的《皇家化学学会应用聚合物》印刷版上，该杂志是英国皇家化学学会的期刊，旨在制造一种适用于3D打印的坚固而轻质的泡沫——这项技术在大规模制造中仍相对未得到开发。据联合主要作者、德克萨斯大学达拉斯分校博士生RebeccaJohnsonBS'20称，这项研究为可持续和可定制的泡沫生产开辟了新的可能性。
“这可能是我做过的最长的项目，”约翰逊说，她计划于5月完成化学博士学位。“从开始到结束，花了两年多一点的时间。大部分时间都在尝试让聚合物配方正确，以便与3D打印机兼容。”
约翰逊表示，尽管制造与3D技术兼容的新材料具有挑战性，但3D打印工艺让研究人员能够创建可在制造应用中定制的复杂形状。为了证明这一概念，他们制作了气球狗形状的泡沫。
创新的抗冲击和隔热泡沫
“该项目的目标是解决3D打印在制造聚合物泡沫方面的一些局限性，”自然科学与数学学院化学与生物化学副教授、该研究的通讯作者RonSmaldone博士说。“3D打印泡沫的主要用途或兴趣之一是绝缘和减震。”
Smaldone表示，随着研究和实验的深入，这种泡沫和工艺可用于制造高冲击吸收物品，如摩托车或橄榄球头盔、汽车保险杠或装甲。他还指出，3D打印能够创建更复杂的结构，如细晶格，这可以增加材料的物理柔韧性，并为应用提供更多功能。
研究人员还研究了如何制造一种可以通过3D打印制成一致且没有太多缺陷的最终产品的材料。大多数商用泡沫都是热固性的，这意味着它在成型过程中会发生化学反应，从而永久地锁定其结构，防止其被重新成型、熔化或溶解。因此，大多数聚合物泡沫无法回收，最终会被填埋，斯马尔登说。
德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员利用一种特殊的可逆键（称为动态共价化学）开发出这种耐用泡沫。尽管泡沫不能像塑料一样完全熔化和重塑，但这些键可使材料在受损时自我修复，从而使其用途更广泛、使用寿命更长。
“我们当然不是唯一尝试这样做的人，”斯马尔多内说。“新颖之处在于使用动态化学来打印真正优质的泡沫材料。下一个要解决的问题是，我们如何调整属性并利用这种新知识来满足各种不同的需求？”
约翰逊和这项研究的另一位共同作者、化学博士生艾瑞尔·托尔弗里(ArielTolfreeBS'23)在研究了该领域的类似研究后提出了自己的想法。托尔弗里将约翰逊视为自己的导师，她计划通过研究如何使泡沫更具可回收性以及探索泡沫的可持续性潜力来扩大这项研究。
托尔弗里说，制作泡沫气球狗作为小组的测试对象之一是自然而然的选择。
“它的形状很简单，但却完美地代表了我们的泡沫，”托尔弗里说。“气球看起来很普通，直到它被扭曲成新的东西，几乎超出了人们的预期。我们的泡沫也是如此——一开始很不起眼，但一旦膨胀和变形，它们就会变得非凡。”
编译自/ScitechDaily
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