钢渣-矿渣复合水泥基材料3D打印性能

为了提高固体废弃物的资源化利用,探究利用钢渣制备3D打印水泥基材料的可行性,研究了钢渣、矿渣的质量比对复合水泥基材料流变特性、可打印性和力学性能的影响规律。结果表明,随着钢渣质量的增加,浆体的流动度和静态屈服应力增大,塑性粘度减小,可挤出性增强,变形率降低,同时抗压强度显著降低。通过Zeta电位测试发现,随着钢渣掺量的增加,Zeta电位绝对值变小,胶体颗粒间引力增大,导致静态屈服应力增大。而随着矿渣掺量的增加,浆体固含量增多,固体颗粒间摩擦加剧,产生了更多絮凝结构和网状结构,提高了浆体的塑性粘度。     

温敏型水凝胶聚(N-异丙基丙烯酰胺-乙烯基吡咯烷酮)的前端聚合法制备及性能

采用前端聚合法制备了聚(N-异丙基丙烯酰胺-乙烯基吡咯烷酮)(P(NIPAM-co-NVP))温敏型共聚智能水凝胶;研究了N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)用量对前端聚合过程及智能水凝胶结构、性能的影响,并对水凝胶在不同温度的药物控制释放行为进行了研究。结果表明,聚合前端移动速率随NVP用量增多而加快;共聚物具有热缩温敏性,随着原料中NVP相对用量从0%增至10%(摩尔分数),共聚产物的临界转变温度从32℃升高到37℃;产物是理想的药物缓释材料。     

聚(丙烯酸-co-N-乙烯基吡咯烷酮)水凝胶的前端聚合法制备及染料吸附

在水溶液中用前端聚合法制备了聚(丙烯酸-co-N-乙烯基吡咯烷酮)水凝胶,研究了单体配比对前端聚合参数、水凝胶的溶胀性能和热稳定性的影响,检测了水凝胶对水体中有机染料的吸附性能。结果表明,共聚凝胶的吸水性能明显优于均聚物(聚丙烯酸(PAC)),当丙烯酸(AC)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的摩尔比为5:5时,水凝胶饱和溶胀比最大,达到577 g/g,约为PAC的3倍。与吸附酸性品红和亚甲基蓝相比,水凝胶吸附碱性品红的能力更强,当n(AC)∶n(NVP)=7∶3时吸附量最大,为539 mg/g;共聚水凝胶具有p H敏感性,溶液p H升高有利于对亚甲基蓝的吸附。差示扫描量热分析表明,相对于溶液聚合,前端聚合法制备的产物单体排布序列更均匀。     

双固化3D打印弹性体光敏树脂的制备与性能

采用双固化体系设计,合成制备了两步固化可3D打印弹性体的光敏树脂。使用甲乙酮肟对聚氨酯预聚体进行封端,并通过红外光谱和差示扫描量热分析确定其对应的最佳解封温度为120℃;采用不同的丙烯酸酯类稀释剂配制光固化P树脂部分,与封闭聚氨酯预聚体及扩链剂组成的T树脂配制了双固化体系光固化3D打印树脂,采用平板流变仪确定了其打印温度应控制在30～35℃;对固化后的样品进行力学性能测试,发现当稀释剂采用玻璃化转变点高的稀释单体时,制备样品力学性能最好,接近于浇筑聚氨酯弹性体,在室温能保持良好的弹性。     

光固化3D打印改性碳纤维/光敏树脂复合材料的制备与性能调控

光固化3D打印技术因成型速度快、器件精度高、表面质量好,已成为3D打印快速制备高精尖器件的首选方法,但现有3D打印光敏树脂仍存在器件力学强度低、韧性差等问题。碳纤维因导电、导热、高比强度、高比模量等特性,已被广泛应用于各种结构或功能复合材料。为此,先采用化学氧化、硅烷偶联剂(KH580)改性等手段对短切碳纤维进行表面改性得到KH580改性碳纤维(MCF);再将MCF与3D打印光敏树脂(PR)复合得到改性碳纤维/光敏树脂(MCF/PR)复合材料,并对其光固化动力学和3D打印器件的力学性能进行了详细研究。结果表明：当MCF表面的KH580接枝量为0.5wt%、MCF添加量为0.15wt%时,虽然MCF与PR复合后使光敏树脂的黏度有所增大,但对光敏树脂的固化深度与临界曝光量影响较小,仍能满足光固化3D打印要求;利用立体光刻技术(Stereolithography,SLA)光固化3D打印工艺能很好地制造出各种MCF/PR器件,器件的拉伸强度可达70 MPa,与纯PR相比增加了约100%,冲击强度为1.91 kJ/m²,较PR提高了约60%,且3D打印器件在350℃下具有良...     

应用于紫外DLP-3D打印系统的低体积收缩率和高固化速度的光敏树脂研究

在基于数字光处理(DLP)技术的3D打印过程中,紫外波段光敏树脂的光固化性能将直接影响工件的打印精度、速度和形貌。选用改性双酚A型环氧丙烯酸酯和脂肪族聚氨酯丙烯酸酯作为低聚物,配合三丙二醇类二丙烯酸酯(TPGDA)和乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸(TMPEO3TA)作为稀释剂和自由基-阳离子杂化体系作为光引发剂,配置了面向405 nm波段的DLP-3D打印系统的混杂型光敏树脂。研究结果表明,所制备的光敏树脂的体积收缩率控制在2.3%内,室温下的粘度为244 MPa·s,固化速度缩短到0.063 mm/s。相比较于其它国内外光敏树脂,该树脂整体表现出优良的力学性能。在此基础上,通过在树脂中掺杂1%左右的纳米ZnO颗粒助料,材料的力学性能得到进一步改善,体积收缩率降低至2.1%。这一混杂型光敏树脂将可有望应用于对精度要求较高的光电子器件的DLP-3D打印中。     

基于多材料3D打印和约束牺牲层连续功能梯度材料-结构一体化制造与性能

针对现有功能梯度材料制备技术存在低黏度液体难以精准控形、层间结合强度差、成形结构单一等方面的不足和局限性,提出了一种基于多材料3D打印和约束牺牲层连续功能梯度材料-结构一体化制造新工艺,实现了聚合物基连续功能梯度材料的全新制备.通过理论分析和实验研究,揭示了挤出速度、打印速度、线间距等主要工艺参数对打印连续功能梯度材料...     

一种3D打印立体光刻快速成型光敏树脂的制备及性能研究

报道了一种应用于3D打印立体光刻快速成型的3DPSL-1型光敏树脂制备方法,并对该光敏树脂性能进行了研究。研究结果表明,该光敏树脂透射深度(Dp)为0.14 mm,临界曝光量(EC)为14.1 m J/cm2,30℃时,黏度为359 m Pa·s。在25℃,3DPSL-1型光敏树脂密度为1.17 g/cm3,固化后的密度为1.21 g/cm3,固化体积收缩率为3.31%。该光敏树脂固化物样条拉伸强度为21.0 MPa,弹性模量为1 108.2 MPa,断裂伸长率为10.6%,该固化物的玻璃化温度为47℃。把该光敏树脂作为打印材料应用于3D打印立体光刻快速成型设备上制作了活动钳子这个零件,其制作效果较好。该光敏树脂的研制将对推动国内3D打印立体光刻快速成型技术的进一步发展起到较好的积极作用。     

3D打印UHPC的制备和力学性能试验研究

混凝土材料的制备和性能优化是3D打印(3DP)智能建造技术的关键和核心.研发3D打印超高性能混凝土(3DP-UHPC)可促进该技术的推广应用.超高性能混凝土(UHPC)属胀流型流体,在挤压作用下会发生剪切增稠现象,不利于3D打印成型.本工作提出应用化学促凝和物理絮凝协调控制的水泥基复合材料改性方法,优化硫铝酸盐水泥、纤维素和黏土复掺比例,促进UHPC胀流型流体向宾汉姆流体的逐渐改变,制备3D打印UHPC材料.测试打印材料的抗压、抗拉、抗弯等基本力学性能,分析其微观形貌.结果表明:调整促凝/絮凝(A/F)比例有助于优化UHPC的3D可打印性,提高UHPC的力学性能.当硫铝酸盐水泥替代普通硅酸盐水泥的质量分数为10％时,流动度控制在180～200 mm范围内,A/F比例满足相应的3D可打印性能要求.3DP-UHPC的抗压强度为129.6 MPa,抗弯强度为16.3 MPa,抗拉强度为4.6 MPa,极限拉伸率为1.2％.打印工艺有利于钢纤维形成定向分布,益于改善UHPC的韧性.     

3D打印水溶性聚乙烯醇材料的研究与应用

对3D打印水溶性聚乙烯醇(PVA)材料的研究做了全面的综述。介绍了PVA材料的制备方法;重点综述了3D打印水溶性PVA在组织工程支架材料、药物装载材料、水溶性支撑材料以及可溶模具材料方面的研究与应用;并讨论了3D打印水溶性PVA材料存在的问题与未来的发展前景。     

HAP-TCP复合生物陶瓷浆料的激光3D打印及性能研究

羟基磷灰石(HAP)和磷酸三钙(TCP)是临床上常用的骨修复支架材料,将两者复合可以得到成型精度高、成骨性好、降解速度快的复合材料.本工作采用激光3D打印机打印,可以满足不规则人工骨的成型要求.将HAP-TCP复合陶瓷粉体与丙烯酸酯单体及其他助剂混合后进行球磨,得到陶瓷浆料.通过对打印工艺的研究确定了最佳固化深度为分层厚度的3～4倍,最佳扫描速度为2000 mm/s,并通过TG-DSC曲线的分析,得到生坯的烧结温度范围,通过对几种烧结温度的测试,确定了最佳烧结温度为1000℃.最后在最佳工艺参数下打印支架,通过SEM的观察可知晶相结合紧密,最后通过动物实验可知,支架植入老鼠颅骨后,大鼠未见死亡及不良反应症状,且能看到有成骨现象.     

Colloidal Nanosurfactants for 3D Conformal Printing of 2D van der Waals Materials

Printing techniques using nanomaterials have emerged as a versatile tool for fast prototyping and potentially large-scale manufacturing of functional devices. Surfactants play a significant role in many printing processes due to their ability to reduce interfacial tension between ink solvents and nanoparticles and thus improve ink colloidal stability. Here, a colloidal graphene quantum dot (GQD)-based nanosurfactant is reported to stabilize various types of 2D materials in aqueous inks. In particular, a graphene ink with superior colloidal stability is demonstrated by GQD nanosurfactants via the π–π stacking interaction, leading to the printing of multiple high-resolution patterns on various substrates using a single printing pass. It is found that nanosurfactants can significantly improve the mechanical stability of the printed graphene films compared with those of conventional molecular surfactant, as evidenced by 100 taping, 100 scratching, and 1000 bending cycles. Additionally, the printed composite film exhibits improved photoconductance using UV light with 400 nm wavelength, arising from excitation across the nanosurfactant bandgap. Taking advantage of the 3D conformal aerosol jet printing technique, a series of UV sensors of heterogeneous structures are directly printed on 2D flat and 3D spherical substrates, demonstrating the potential of manufacturing geometrically versatile devices based on nanosurfactant inks.     

聚四氟乙烯膜的制备及性能

以聚乙烯醇(PVA)为成膜载体,由聚四氟乙烯(PTFE)分散乳液制得PTFE疏水膜,分析和讨论了膜烧结后的组成、动态力学性能的变化,用扫描电子显微镜(SEM)观察了膜表面形貌。结果表明:(1)制备的PTFE膜较PTFE在组成上无明显变化;(2)经定长和松弛状态烧结的PTFE膜,其DMA谱图的α转变较PTFE未发现较大变化;(3)经定长状态下烧结后所得PTFE膜中原纤网络结点之间构成了较为疏松的微孔结构,而在松弛状态下烧结所得膜的微孔结构较为致密。     

三维织物石膏基微波吸收材料的制备及性能

采用浸渍工艺在三维织物表面包覆炭黑,并将其与石膏复合制备石膏基微波吸收材料。利用弓形反射法测试了该复合材料在2~18GHz内的吸波性能,结果表明吸波性能随炭黑含量的增加而增强,三维织物的最佳厚度为6mm。三维织物厚度为6mm、乙炔炭黑含量为24%的复合材料在2~18GHz内对电磁波的反射损耗均低于-5dB,最低反射损耗可达-28.3dB。三维织物的特殊结构不仅能够有效改善材料的阻抗匹配,还能够增加材料的电磁波损耗路径,从而达到增强损耗能力、拓宽吸波频宽的目的。此外,三维织物还能够明显增强石膏基材料的抗折性能。     

两种聚噻吩类新型电致发光材料的合成与性能

报道了以无水FeCl3为催化剂合成异戊基取代和戊氧基取代聚噻吩的实验过程,两种聚合物稀溶液和薄膜的光发射、光吸收性能和用这两种材料作发光层制作的发光二极管的光电性能的初步研究结果.两种聚合物均具有较高的纯度和分子量.两种材料均显示了较好的发光性能,其电致发光颜色均为红橙色.烷氧基取代聚噻吩均聚物电致发光性能在学术界尚属首次发现.     

聚离子液体/三聚氰胺碳基材料的制备及电化学性能

将三聚氰胺和聚[3-氰甲基-1-乙烯基咪唑双(三氟甲磺酰基)酰亚胺]（PCMVImTf2N）以不同质量比原位复合作为前驱体,经高温煅烧制备得到多孔碳基催化剂。研究结果表明：当三聚氰胺与聚离子液体PCMVImTf2N的质量比为1:7时,制得的NC-7在0.5 mol/L硫酸（H2SO4）电解液中显示出最佳的电催化析氢能力;在电流密度为10 mA/cm2时,其过电位为117 mV,对应的Tafel斜率为46 mV/dec,性能优于众多无金属电催化剂。     

聚对苯乙炔/Eu（phen）_2Cl_3杂化材料的合成及光学性能

采用原位脱氯化氢缩合聚合法制备了聚（2-甲氧基-5-辛氧基）对苯乙炔/二元稀土配合物Eu（phen）2Cl3（PMO-COPV/Eu（phen）2Cl3）杂化材料。红外光谱证实了在Eu（phen）2Cl3表面的包覆层为PMOCOPV。紫外-可见吸收光谱表明与PMOCOPV相比,PMOCOPV/Eu（phen）2Cl3的...     

聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯发泡材料的制备及性能

通过熔融挤出法制备一种生物可降解缓冲包装材料聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯,并测试其表观密度、热学性能、红外光谱及缓冲性能。利用正交实验的极差分析筛选出发泡最佳工艺,通过差示扫描量热分析仪、傅里叶变换红外光谱、质构仪分别测试缓冲包装材料的热学性能和缓冲性能。结果显示,最佳发泡工艺为发泡剂碳酸氢钠添加量为20%,发泡温度为140℃,发泡时间为25 min,其表观密度为0.18 g/cm~3;NaHCO_3在发泡材料中无残留;30 mm厚的缓冲材料缓冲效果最佳。     

3D Printing of Living Responsive Materials and Devices

3D printing has been intensively explored to fabricate customized structures of responsive materials including hydrogels, liquid‐crystal elastomers, shape‐memory polymers, and aqueous droplets. Herein, a new method and material system capable of 3D‐printing hydrogel inks with programed bacterial cells as responsive components into large‐scale (3 cm), high‐resolution (30 μm) living materials, where the cells can communicate and process signals in a programmable manner, are reported. The design of 3D‐printed living materials is guided by quantitative models that account for the responses of programed cells in printed microstructures of hydrogels. Novel living devices are further demonstrated, enabled by 3D printing of programed cells, including logic gates, spatiotemporally responsive patterning, and wearable devices.