MIT前沿：光固化3D打印+活性聚合，改變化學結(jié)構(gòu)？

南極熊2017年1月16日訊，世界著名高等學府美國麻省理工（MIT）的化學家們近日發(fā)明了一種新的3D打印技術(shù)，能改變打印對象的化學結(jié)構(gòu)/組成和多個3D打印對象之間的化學連接方式，從而大大提高打印對象的復雜性。

3D打印技術(shù)目前雖然已經(jīng)可以使用很多種材料了，但還是有所限制，比如打印成品本質(zhì)上無法變化 — 雖然可通過打磨等后處理變得更光滑，但化學結(jié)構(gòu)卻不能改變。而MIT的這項新技術(shù)正是為解決這個痛點開發(fā)的。

據(jù)南極熊了解，這項新技術(shù)是MIT的化學系助理教授Jeremiah Johnson與另兩位研究員Mao Chen和Yuwei Gu合作發(fā)明的，主要是通過結(jié)合光固化（SLA）這種常規(guī)3D打印技術(shù)與他們稱為“活性聚合”的技術(shù)實現(xiàn)將已經(jīng)打印的材料轉(zhuǎn)化為其它材料，或是讓它繼續(xù)‘生長’。

實際上早在2013年，這幾位MIT學者就發(fā)現(xiàn)，紫外線可以破壞3D打印結(jié)構(gòu)的聚合物，然后生成一種叫做“自由基”的活性分子，而這種“自由基”可以與打印結(jié)構(gòu)周圍溶液中的新單體綁定，再與原始材料重新結(jié)合。“施加紫外光，這種鏈式結(jié)構(gòu)就會成長，而停掉紫外光，生長就會隨之停止停止。理論上，這樣的過程是可以多次重復的。”Johnson解釋說。

但是，控制這種自由基卻十分困難，還會對原始的3D打印材料造成損傷。不過對此，這支MIT團隊已經(jīng)找到了解決方法，就是使用LED藍光。因為3D打印常用的聚合物都包含有一種叫做TTC的化學基團。這種基團可以被有機催化劑激活，而能“打開”這種催化劑的正是LED藍光。于是，當使用藍光照射時，這些TTC基團便會隨著新單體的附著伸展開來。而由于這些單體加入得很均勻，材料便會得到新的屬性。“由此，我們就可以控制宏觀材料，讓它按照我們想要的方式生長了。”Johnson說。

這種LED藍光法目前已經(jīng)可以改變3D打印結(jié)構(gòu)的許多屬性了，比如剛性和疏水性。而如果添加特定種類的單體，材料還能根據(jù)溫度變化膨脹或收縮。更棒的是，通過將藍光照射到兩個3D打印物體的接合處，MIT團隊還實現(xiàn)了它們的相互融合。“這可以用于創(chuàng)建體積巨大、化學穩(wěn)定、并且結(jié)構(gòu)高度復雜的3D打印結(jié)構(gòu)。”

不過在研究過程中，這支MIT團隊也遇到了一些問題，比如這種化學變化必須在無氧環(huán)境下才能成功，因為其中用到的有機催化劑會因為氧失活。為此，他們正在尋找在有氧環(huán)境下也能起作用的催化劑。

目前，MIT團隊已經(jīng)將相關(guān)的研究論文發(fā)表到了最近一期的ACS Central Science上。如果你對它感興趣，可以向南極熊索要。

延伸閱讀：
《又一項麻省理工的黑科技：能3D打印的可編程減震材料》
《麻省理工正研發(fā)更先進3D打印假手，或可感知溫度與壓力》

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編譯自 3ders