「前沿技术」气泡直写法制备聚合物泡沫

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受美国海军研究署资助，哈佛大学的研究人员研发出新型增材制造技术——气泡直写法，并制造出形状和微观结构可调的聚合物泡沫。

聚合物泡沫是由固相和气相组成的多孔固体，传统的发泡方法包括采用发泡剂、对含有溶解气体的液态聚合物进行减压、机械发泡等，但产生的泡沫具有明显的不均匀性。近年来发展的微流控技术可解决这一问题，然而难以实现量产。为此，研究人员开发出新的增材制造方法，设计出由4根光纤构成的具有核壳结构的特殊喷嘴，并以聚乙二醇二丙烯酸酯（PEG-DA）、光引发剂（Irgacure 651）、表面活性剂（Tween 80）组成的混合溶液为油墨，制造出一系列形状（三维点阵、贝壳、圆柱）和结构不同的聚合物泡沫。研究发现：当气压为2.1 kPa~2.6 kPa时，聚合物泡沫的孔隙尺寸均匀；当气压为2.8 kPa~3.4 kPa时，聚合物泡沫中存在两种大小不同的孔隙，特征直径分别为0.3±0.1 mm和0.7±0.1 mm。调整气压可控制泡沫密度，并改变聚合物泡沫的杨氏模量和刚度，前者在2 kPa~2 MPa内变化，后者可改变几个数量级。向聚合物泡沫中加入银纳米粒子得到导电复合泡沫，制成的压力传感器经重复压缩仍能保持良好的弹性。

气泡直写法为按需快速设计和制造聚合物泡沫提供了新途径，将促进聚合物泡沫在个人防护、压力传感、隔热、声学等领域的应用。

（蓝海星）