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  3D打印技術在工業生產和制造領域展現出巨大的應用潛力。然而，為滿足快速成型需求，傳統光固化材料通常形成高度交聯的聚合物網絡結構，導致其力學性能受限且難以實現自修復等功能特性。

  針對這一挑戰，浙江大學吳晶軍、方子正團隊通過化學分子結構設計，在聚氨酯丙烯酸酯樹脂中同時引入氨酯鍵和酰氨基脲鍵兩種動態基團，利用二者的協同作用，在光固化網絡中成功構筑了多級氫鍵結構（圖1）。得益于此，該彈性體材料展現出卓越的力學性能：拉伸強度為49.6 MPa，韌性為158.5 MJ/m3。基于對照實驗，結合紅外光譜和小角X射線散射等表征手段（圖2），研究證實酰氨基脲鍵的引入促進了多級氫鍵的形成，顯著提升了能量耗散效率。同時，分析還發現材料在拉伸過程中伴隨結晶行為的出現，該行為進一步提升了材料的強度與韌性。此外，該材料還兼具優異的抗缺陷、抗穿刺性能以及快速回彈特性（圖3）。得益于酰氨基脲鍵的動態特性，打印材料在130 °C下加熱2小時即可實現高效修復，且修復效率高達95.6%。與現有光固化3D打印材料相比，該材料的拉伸強度是同類可修復彈性體的10倍以上，成功實現了超強韌與可修復的協同統一（圖4）。

  2025年7月2日，該工作以“3D-Printing of Ultratough and Healable Elastomers”為題發表在Advanced Materials上。論文第一作者為浙江大學化學工程與生物工程學院博士生穆洪鋒和孫卓，論文通訊作者為吳晶軍副研究員和方子正研究員。該研究得到了國家自然科學基金委的支持。

圖1. 3D打印彈性體的化學分子結構設計

圖2. 3D打印彈性體的增韌機制探究

圖3. 3D打印彈性體的力學性能表征

圖4. 超韌性/可修復彈性體的3D打印及性能對比

  需要說明的是，團隊去年報道了一種含有動態受阻脲鍵和側鏈羧基的光敏樹脂材料。材料在打印完成后，通過加熱后處理可以實現網絡拓撲結構的本質變化，實現了多重機制下的協同增韌，由此開辟了超強韌3D 打印高分子的新路徑（Nature, 2024, 631, 783-788）。本工作在此基礎上，通過在光固化 3D 打印彈性體中構筑多級氫鍵網絡，同時實現了材料的超強韌性與可修復性。這種分子結構設計策略不僅為高性能 3D 打印提供了新思路，也為制造復雜柔性器件開辟了新途徑，有望推動相關高附加值應用的技術革新。

  原文鏈接 https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202507908