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摘要：基于UV照射型3D打印机的新用途，开发了一种异种聚合物的图案化技术，即“数码照片图案化聚合”，从而能够在同一种树脂中，组合具有不同性质的聚合物，例如硬/软、弹性/塑性、亲水/疏水等。

关键词：3D打印、聚合物、图案化、均质树脂、选择性聚合

研究小组基于UV照射型3D打印机的新用途，开发了一种异种聚合物的图案化技术，即“数码照片图案化聚合”。在同一种树脂中，可以组合具有不同性质的聚合物，例如硬/软、弹性/塑性、亲水/疏水等。

在自然界中，昆虫、甲壳类动物的身体、昆虫的翅膀（羽毛）、植物会自然而然地对硬层和软层进行“因材施用”，将其应用在适当的部位来形成各种图案，由此实现一定的功能，但是人造树脂却基本都是均质的，专注于分子开发的功能表达尚存在局限性。特别是在下一代工业中，机械特性独特的材料往往会受到重视。

本研究中，由于难以在由单一聚合物组成的均质树脂中表现出复杂的特性，因此研究小组开发了一种可以在人造树脂中追踪自然界中常见的图案化概念的技术。

利用数码照片图案化技术制备图案化树脂的概要

树脂制备过程的第一步是将交联树脂膜浸入乙烯基单体/光聚合引发剂溶液中，封装单体；第二步通过使用UV光的光聚合使封装单体聚合。此时，使用光照射型3D打印机（LCD型），在薄膜上转印在电脑上绘制的光照射区域的设计，并选择性地进行聚合。

在去除未反应单体和干燥后，获得异种聚合物沿着光照射图案复合的图案化薄膜。可以使用设计软件以数字方式完成各种图案化，而无需合成复杂成分的聚合物。由于图案化界面是化学连接的，因此不需要粘合过程，也不存在大变形量导致的界面分层的问题。

通过开发的技术，可以制备出具有独特特性的图案化树脂，例如力学各向异性材料、通过亲水-疏水图案化所产生的局部凝胶薄膜、以及基于屈曲现象的变形（morphing）等。

作为最简单的例子，在橡胶基质树脂中，在对玻璃态聚合物进行了图案化的薄膜的区域选择性变形中，使N，N-二甲基丙烯酰胺在图案化部位聚合。在这种图案化薄膜中，在伸长后的收缩（除荷）过程中，应力在可塑性变形的图案化部位迅速丧失并伸展开来；而在弹性基材树脂部位，其长度恢复。

由于除荷过程中各部位的回弹能力不同，无法跟随弹性变形部分的伸长恢复的塑性变形部分会发生屈曲并产生褶皱。此外，实现了根据最大应变控制褶皱周期（间距）。这有望作为一种自下而上的立体变形（morphing）技术得到应用。

通过异种聚合物的自由图案化，所开发的技术今后将扩展到特定力学性能（韧性、阻尼（消震）性、力学各向异性、摩擦性能）相关功能的开发，可以应用于机器人、无人机、可穿戴设备和柔性设备等尖端工业领域。

而且，只要掌握组成聚合物的性质就可以事先设计出符合各图案化样式的最终性质，这也是该技术的优点之一，这使得该技术可以与包括数字化转型（DX）和人工智能（AI）在内的最尖端技术相结合。通过与其他领域的研究合作，有望实现由单一聚合物制成的均质树脂无法实现的功能表现。

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利用UV照射型3D打印机对异种聚合物进行图案化