第一作者：Donghwan Ji

通訊作者：Jinhye Bae

通訊單位：加州大學(xué)圣地亞哥分校

論文速覽

用最少的儀器和能源實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單而可持續(xù)的印刷技術(shù)仍然具有挑戰(zhàn)性。本研究開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單而可持續(xù)的3D打印技術(shù)，利用可逆的鹽析效應(yīng)。通過(guò)鹽水溶液誘導(dǎo)的鹽析效應(yīng)，降低了聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)溶液的相變溫度至10°C以下。這使得PNIPAM溶液能夠在室溫下與鹽溶液接觸后自發(fā)且立即形成物理交聯(lián)，從而固化。

PNIPAM溶液可通過(guò)針擠出，并可通過(guò)鹽離子立即固化，保留印刷結(jié)構(gòu)，無(wú)需流變改性劑、化學(xué)交聯(lián)劑和額外的后處理步驟/設(shè)備。聚合物通過(guò)鹽析效應(yīng)的可逆物理交聯(lián)和去交聯(lián)證明了聚合物油墨的可回收性。此外，該打印方法可擴(kuò)展至多種基于PNIPAM的復(fù)合溶液，包括功能性材料或其他聚合物，為開(kāi)發(fā)水溶性一次性電子電路、小材料載體和智能執(zhí)行器提供了巨大潛力。

圖文導(dǎo)讀

圖1：溫度變化引起的PNIPAM溶液相變，以及鹽析效應(yīng)如何導(dǎo)致PNIPAM在室溫下凝固和可逆相變。

圖2：鹽離子對(duì)PNIPAM溶液相變溫度（LCST）的影響，以及不同濃度和類型的鹽離子如何顯著降低LCST。

圖3：基于PNIPAM的溶液通過(guò)可逆物理交聯(lián)的即時(shí)固化，包括純PNIPAM溶液和各種復(fù)合溶液。

圖4：PNIPAM溶液及其復(fù)合溶液的流變特性，包括不同濃度的純PNIPAM溶液和含有功能性材料或其他聚合物的1.0 M PNIPAM基復(fù)合溶液。

圖5：利用可逆鹽析效應(yīng)的可持續(xù)3D打印及其潛在應(yīng)用，包括在鹽溶液潤(rùn)濕的基材上打印PNIPAM基墨水、在支撐液中嵌入打印以及PNIPAM結(jié)構(gòu)的完全回收過(guò)程。

總結(jié)展望

本研究的亮點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)了一種無(wú)需額外化學(xué)改性劑、無(wú)需后處理步驟的3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了聚合物的即時(shí)固化和可逆回收。通過(guò)調(diào)節(jié)鹽離子的濃度，可以有效控制PNIPAM溶液的相變溫度，實(shí)現(xiàn)在室溫下的快速固化。

此外，該技術(shù)還適用于多種復(fù)合溶液，包括含功能性填料或聚合物的溶液，為制造具有特定功能的3D結(jié)構(gòu)提供了可能。研究還展示了該技術(shù)在打印水溶性一次性電子電路、智能載體和多階段軟執(zhí)行器等方面的應(yīng)用潛力。

這些發(fā)現(xiàn)為環(huán)保型聚合物制造技術(shù)的發(fā)展，包括3D打印方法、可回收聚合物設(shè)備和智能執(zhí)行器、傳感器的開(kāi)發(fā)，提供了新的方向。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Sustainable 3D printing by reversible saltingout effects with aqueous salt solutions

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48121-7