教育新闻网根据达特茅斯学院的一项研究，利用热量来改变化学链上分子环排列的过程可以制造出可折叠、滚动或保持形状的3D 打印凝胶。
研究人员将新过程描述为“动力学捕获”。分子停止器(或减速带)调节进入聚合物链的环数并控制环分布。当环聚在一起时，它们会储存可以释放的动能，就像松开压缩弹簧时一样。
Ke Functional Materials Group的研究人员 利用热量来改变环的分布，然后利用水分来激活打印物体的不同形状。
使用单一墨水打印具有不同机械强度的物体的能力可以取代使用多种墨水打印具有不同属性的物品的昂贵且耗时的需求。
“这种新方法使用热量来生产和控制具有多种特性的 3D 墨水，”化学助理教授、该研究的高级研究员Chenfeng Ke说。“这是一个可以使复杂物体的 3D 打印更容易、更便宜的过程。”
最常见的 3D 打印墨水具有统一的分子组成，从而使打印的物体具有单一属性，例如所需的刚度或弹性。打印具有多种属性的物体需要耗能且耗时的过程来准备不同的墨水，这些墨水被设计成可以协同工作。
通过引入分子“减速带”，研究人员创造了一种随时间改变分子环分布的墨水。不均匀的环还将材料从粉末转化为 3D 打印凝胶。
“这种方法使我们能够使用温度来创建复杂的形状，并使它们在不同的湿度水平下驱动，” 该研究的第一作者、Guarini '21 的钱明林说。
一段展示该研究的视频 展示了使用该工艺生产的 3D 墨水打印的花朵。印刷花的不同部分具有由分子环排列产生的不同程度的柔韧性。这些特性的混合使柔软的花瓣在暴露于湿气时可以闭合，而花朵的较硬部分则提供了结构。
使用当前的 3D 打印方法打印同一朵花将面临结合不同打印材料的额外挑战。
“这个物体的不同部分来自同一种印刷油墨，”柯说。“它们具有相似的化学成分，但分子环的数量和分布不同。这些差异使产品具有截然不同的机械强度，并导致它们对水分的反应不同。”
这项发表在Chem上的研究获得了由环糊精和聚乙二醇(通常用作食品添加剂和大便软化剂的物质)制成的分子结构的能量保持“亚稳态”状态。通过在聚乙二醇上安装减速带，3D 打印的物体成为响应水分以改变形状的致动器。
根据研究小组的说法，未来改进分子的努力将允许精确控制多个亚稳态，允许使用可持续能源(例如湿度变化)打印“快速响应执行器”和软机器人。
由此产生的打印对象可用于医疗设备或工业过程。
Longyu Li，前研究员，Miao Tang，Guarini '22，Jayanta Samanta，研究员，Lingyi Zou Guarini '25，和Shangda Li，也为这项研究做出了贡献。
