耐用型3D打印弹性聚合物面世 解决脆性与疲劳失效问题

长期以来，无论对于3D打印爱好者还是工业应用而言，材料的易碎性一直是困扰生产的一大难题。普通单网络弹性体材料在受到剧烈拉伸或冲击时极易发生断裂，而即便能够抗断裂的材料，在长期反复受力后也容易因疲劳累积而损坏。

为了解决这一难题，来自洛桑联邦理工学院软质材料实验室的研究团队（包括论文作者Eva Baur、John Kolinski和Esther Amstad）利用“双网络颗粒弹性体”（DNGEs）技术打造出这款新型材料。该材料将刚性弹性体颗粒嵌入到软质弹性体网络中。当材料受到拉伸等机械应力时，这种结构能够有效地分散应力，并通过聚合物链的重新排列来反复消耗能量，避免聚合物化学键断裂，从而有效杜绝突然断裂或疲劳劣化的情况。

实验测试数据显示，与传统同类弹性体相比，这种双网络颗粒弹性体的疲劳抗力提升了3倍，强度更是提高了多达15倍。研究团队解释称，虽然新材料无法完全阻止微小裂纹的产生，但其独特的颗粒构造迫使裂纹只能在软质区域内曲折扩展，而无法沿直线迅速贯穿整个材料，从而大幅提升了整体结构的耐久度。

洛桑联邦理工学院软质材料实验室负责人Esther Amstad表示，团队此前在2024年就曾对DNGEs进行过研究，最初的目标是改善材料的可加工性，但在开发过程中意外发现了其卓越的机械韧性。研究人员预计，DNGEs的问世将突破可穿戴设备、软体机器人和生物医学领域的材料性能局限，显著延长相关产品的性能寿命，进而降低生产与维护成本。

未来，研究团队还希望进一步拓宽DNGEs的应用材料范围，引入生物降解材料及回收再利用原料，在不牺牲材料机械性能的前提下降低环境足迹，并使任何拥有商业3D打印机的实验室都能轻松使用这一技术。