3D打印液晶弹性体吸能结构

来源：X一MOL资讯

通过三维点阵结构的几何构型设计（如负泊松比结构、细长杆屈曲结构等），使其在变形过程中产生能量耗散是目前通过3D打印实现吸能结构的主要手段。但是，目前3D打印吸能结构的材料多为弹性材料，而粘弹性材料本身优越的能量耗散属性并未在三维吸能结构中得到很好的利用。
液晶弹性体作为一种受光或热刺激能产生大体积收缩的功能软材料，目前主要用于制作软体驱动器或者机器人。同时，液晶弹性体展现了非线性大变形粘弹性的力学行为，是一种优秀的耗能材料。
近日，南方科技大学的葛锜研究团队与美国科罗拉多大学丹佛分校的Christopher M. Yakacki团队合作在Advanced Materials 发表最新研究成果，通过数字光处理技术实现液晶弹性体3D打印，用于超轻三维吸能结构的快速成型。
文章介绍通过麦克加成反应将液晶基元与二硫醇单体聚合生成具有丙烯酸酯端基的液晶低聚物，用于光固化3D打印，生成液晶弹性体复杂三维结构（图1）。

图1. 基于光固化数字光处理技术的液晶弹性体3D打印。
实验表明，不同于普通弹性体，液晶弹性体三维结构的力学性能与加载速率直接相关（图2）。在高速加载（220%/s）条件下，液晶弹性体三维结构单位质量的吸能效率是普通弹性体三维结构吸能效率的27倍（图3）。这表明所开发的光敏硫醇丙烯酸酯液晶弹性体制备高效吸能结构和器件应用上具有广阔的应用前景。

图2. 液晶弹性体的加载率相关非线性大变形粘弹性力学行为。

图3. 液晶弹性体三维结构与普通弹性体材料吸能效率对比。