聚氨酯弹性体是一类具有优异机械性能的高分子材料，其独特的软段结构提供了良好的弹性和柔韧性，而硬段结构则赋予了其高的强度和耐磨性。这种相分离结构使得性能各异的聚氨酯弹性体在汽车、医疗、电子和纺织等领域得到了广泛应用。然而，传统的聚氨酯弹性体加工方法，如注塑和浇注，通常需要较高的温度和压力，且模具制造复杂、成本高。而光固化
3D
打印技术
(
Vat Photopolymerization 3D Printing
)
具有快速成型、高精度和复杂结构制造能力，使之成为制造聚氨酯弹性体的理想方法。
图
1
光敏预聚物的结构设计及成型原理
近日，
中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室
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打印摩擦器件组在光固化
3D
打印高性能聚氨酯弹性体研究方面取得进展。
研究人员通过设计光敏聚氨酯预聚物的化学结构，发展了具有优异光固化
3D
打印成形能力的高性能聚氨酯弹性体材料，并构筑了具有机械承载稳定性的生物医用支架等概念性功能器件。研究人员通过在聚氨酯前驱体中引入了脲基和酯基，发展了多重氢键诱导的可快速光固化
3D
打印的超分子聚氨酯弹性体，所得弹性体具有优异的高弹性、高强度、韧性以及良好的生物相容性和血液相容性。具有高精度光固化
3D
打印性能的聚氨酯弹性体综合了高性能与快速结构制造方面的优势，为具有优异抗压缩承载能力和机械稳定性等特性的复杂柔性结构生物医疗器械的制造提供了新的材料技术方案。
图
3
光固化
3D
打印聚氨酯支架的机械性能和生物相容性
相关研究工作日前以“
Multiple H-bonds Induced Mechanically Robust Vat Photopolymerization 3D Printing Poly(urethane-urea) Elastomers
”为题发表在《
Materials Horizons
》
(
2024, https://doi.org/10.1039/D4MH01191K
)
上，在中国科学院兰州化学物理研究所进行联合培养的石河子大学博士研究生
杨星星
为论文第一作者，中国科学院兰州化学物理研究所
刘德胜
青年研究员、
蒋盼
博士（现于法国
Institut Jacques Monod
从事博士后研究）和
王晓龙
研究员为共同通讯作者。
另，此项工作为该团队今年在光固化
3D
打印聚氨酯弹性体方面发表的第二篇论文。在此前的工作中，该团队采用光固化
3D
精确构筑组成与结构双梯度的策略展示了高精度光固化
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打印实现阻尼减振和消音降噪等聚氨酯功能器件制造方面的可行性，相关工作发表以“
Sunflower Pith Inspired Dual-Gradient Cellular Polyurethane Architecture with Amplified Mechanical Functions
”为题发表在《
Chemical Engineering Journal
》上（
2024, 500, 156740
）。
上述研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、甘肃省科技计划和中国科学院兰州化学物理研究所重点培育方向等项目的支持。
文章信息：
Multiple H-bonds induced mechanically robust vat photopolymerization 3D printing poly(urethane-urea) elastomers, Xingxing Yang, Changcheng Bai, Bin Zhu, Jiayu Wu, Mingyang Wang, Yixian Wang, Tao Wu, Desheng Liu, Pan Jiang*and Xiaolong Wang*
全文链接：
https://doi.org/10.1039/D4MH01191K
研究团队简介：
王晓龙，中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室研究员，
3D
打印摩擦器件组组长，博士生导师。
2007
年博士毕业于兰州大学，
2010-2011
香港理工大学研究助理；
2012-2013
加拿大西安大略大学访问学者。山东省“泰山学者”特聘专家，石河子大学“绿洲学者”，“十四五”国家重点研发计划“增材制造与激光制造”重点专项首席科学家，中国机械工程学会增材制造分会委员，甘肃省材料学会理事，《摩擦学学报》等编委；曾获
2021
年
IAAM Scientist Award
，甘肃省专利奖一等奖
1
项（第一），甘肃省医学科技奖一等奖
1
项（第二），甘肃省科技进步奖二等奖
1
项（第七）。研究领域包括
3D
打印新材料及功能器件、仿生摩擦与润滑等，在
Nat.
Commun
.
,
Adv. Mater.
,
Adv. Funct. Mater.
,
Chem. Mater
.,
Small
等期刊发表论文
150
余篇、
H
因子
45
，主编英文专著
1
部，获授权中国发明专利
20
余件、美国专利
2
件。
相关进展
