4D列印是一種新興的技術，它可以使3D列印結構在諸如熱、溼、電磁場等外界環境的刺激下，隨著第四維度“時間”的推移，而發生形狀的改變。紫外光（UV）固化的SMP與基於數字光處理（DLP）的3D列印技術聯用，可以製造出具有複雜幾何形狀和高解析度的結構。但是， UV固化的SMP在機械效能方面存在侷限性，這極大地限制了它的應用。因此，當前急需開發具有優異機械效能的UV固化SMP。

來自南方科技大學等單位的研究人員使用tBA和AUD製備了具有堅固的機械效能和可UV固化的tBA-AUD SMP體系。相關論文以題為“Mechanically Robust and UV-Curable Shape-Memory Polymers for Digital Light Processing Based 4D Printing”發表在Advanced Materials上，抖音搜尋"材料科學網"檢視更多精彩影片。

論文連結：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202101298

該類SMP可以在程式設計溫度（例如80℃）下拉伸至1240%，並且這種形變可以在室溫下固定，具有優越的形狀固定性。同時，其還具有良好的形狀恢復率（≈90%），當對其再次加熱到80℃時，它又會基本恢復最初的形狀。這種SMP僅僅只需要46.8~251.8mJ/cm2 的能量密度即可固化一層，與基於DLP的3D列印技術具有很好的相容性，這些特點確保了其可以用於製造高解析度和複雜的3D結構。此外，SMP堅固的機械效能使其4D列印結構具有極高的拉伸效能、壓縮效能以及複雜的形變，可以經受多達10000次的反覆載入。透過tBA和AUD製備的SMP極大地增強了基於SMP的4D列印結構的機械效能，使其有望應用於工程領域。

圖1. tBA-AUD SMP體系前驅體的結構及表徵

圖2. tBA-AUD SMP體系的熱機械效能

圖3. tBA-AUDSMP體系高拉伸性的機理研究

本文認為tBA-AUD SMP體系具有高拉伸性主要歸功於高分子量交聯劑AUD和氫鍵的存在：1）高分子量交聯劑AUD會顯著增加交聯點之間的平均距離；2）一些tBA長鏈段會由於與AUD形成的氫鍵的作用，相互纏繞並置於高分子量交聯劑AUD之間；3）當大的形變破壞氫鍵時，相互纏繞的tBA長鏈段會解開，從而導致材料能夠進一步地被拉伸；4）當載荷消失後，部分大的形變由於熵彈性而恢復，但是已破壞的氫鍵的恢復需要花費較長的時間，以至於會產生殘餘應力，導致部分長鏈段不能回到其初始的纏結狀態；5）透過熱處理，可以消除殘餘應力，從而加速氫鍵的恢復並增加長鏈段的移動能力。

圖4. tBA-AUD SMP體系在智慧傢俱方面的應用

圖5. tBA-AUDSMP體系在航空航天方面的應用

總體來說，本文報道了一種與基於DLP的3D列印具有良好相容性的、擁有優異機械效能以及可UV固化的tBA-AUD SMP體系。它可以用來製造具有高解析度、擁有複雜的幾何構型的4D列印結構。該SMP體系主要由tBA和交聯劑AUD組成。AUD賦予了tBA-AUD SMP體系優異的可變形性和抗疲勞性，使得4D列印結構可以拉伸至1240%，並且能重複載入超過10000次。本文還針對AUD對於體系熱機械效能的影響，進行了諸如DMA、單向拉伸測試、抗疲勞測試等。本文還認為tBA-AUD SMP體系就有高變形性的原因主要在於高分子量交聯劑AUD和氫鍵的存在。（文：阿權）