A Tailorable Family of Elastomeric‐to‐Rigid, 3D Printable, Interbonding Polymer Networks

材料科学 预聚物 弹性体 聚合物 软质材料 玻璃化转变 3D打印 自愈水凝胶 动态力学分析 软机器人 高分子科学 复合材料 纳米技术 高分子化学 聚氨酯 计算机科学 人工智能 执行机构
作者
Qing Zhou,Frank Gardea,Zhen Sang,Seunghyun Lee,Matt Pharr,Svetlana A. Sukhishvili
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (30) 被引量:71
标识
DOI:10.1002/adfm.202002374
摘要

Abstract Soft materials with widely tailorable mechanical properties throughout the material's volume can shape the future of soft robotics and wearable electronics, impacting both consumer and defense sectors. Herein, a platform of 3D printable soft polymer networks with unprecedented tunability of stiffness of nearly three orders of magnitude (MPa to GPa) and an inherent capability to interbond is reported. The materials are based on dynamic covalent polymer networks with variable density of crosslinkers attached to prepolymer backbones via a temperature‐reversible Diels–Alder (DA) reaction. Inherent flexibility of the prepolymer chains and controllable crosslinking density enable 3D printed networks with glass transition temperatures ranging from just a few degrees to several tens of degrees Celsius. Materials with an elastomeric network demonstrate a fast and spontaneous self‐healing behavior at room temperature both in air and under water—a behavior difficult to achieve with other crosslinked materials. Reversible dissociation of DA networks at temperatures exceeding ≈120 °C allows for reprintability, while control of the stereochemistry of DA attachments enables reprogrammable shape memory behavior. The introduced platform addresses current major challenges including control of polymer interbonding, enhanced mechanical performance of printed parts, and reprocessability of 3D‐printed crosslinked materials in the absence of solvent.
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