Digital Light Processing 3D Printing of Tough Supramolecular Hydrogels with Sophisticated Architectures as Impact‐Absorption Elements

自愈水凝胶 材料科学 数字光处理 3D打印 纳米技术 复合材料 计算机科学 高分子化学 计算机视觉 投影机
作者
Min Dong,Ying Han,Xing Peng Hao,Hongjun Yu,Jun Yin,Miao Du,Qiang Zheng,Zi Liang Wu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (34) 被引量:57
标识
DOI:10.1002/adma.202204333
摘要

Processing tough hydrogels into sophisticated architectures is crucial for their applications as structural elements. However, Digital Light Processing (DLP) printing of tough hydrogels is challenging because of the low-speed gelation and toughening process. Described here is a simple yet versatile system suitable for DLP printing to form tough hydrogel architectures. The aqueous precursor consists of commercial photoinitiator, acrylic acid, and zirconium ion (Zr4+ ), readily forming tough metallo-supramolecular hydrogel under digital light because of in situ formation of carboxyl-Zr4+ coordination complexes. The high-stiffness and antiswelling properties of as-printed gel enable high-efficiency printing to form high-fidelity constructs. Furthermore, swelling-induced morphing of the gel is also achieved by encoding structure gradients during the printing with grayscale digital light. Mechanical properties of the printed hydrogels are further improved after incubation in water due to the variation of local pH and rearrangement of coordination complex. The swelling-enhanced stiffness affords the printed hydrogel with shape fixation ability after manual deformations, and thereby provides an additional avenue to form more complex configurations. These printed hydrogels are used to devise an impact-absorption element or a high-sensitivity pressure sensor as proof-of-concept examples. This work should merit engineering of other tough gels and extend their scope of applications in diverse fields.
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