3D打印，最新Nature子刊！

第一作者：Donghwan Ji

通讯作者：Jinhye Bae

通讯单位：加州大学圣地亚哥分校

论文速览

用最少的仪器和能源实现简单而可持续的印刷技术仍然具有挑战性。本研究开发了一种简单而可持续的3D打印技术，利用可逆的盐析效应。通过盐水溶液诱导的盐析效应，降低了聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)溶液的相变温度至10°C以下。这使得PNIPAM溶液能够在室温下与盐溶液接触后自发且立即形成物理交联，从而固化。

PNIPAM溶液可通过针挤出，并可通过盐离子立即固化，保留印刷结构，无需流变改性剂、化学交联剂和额外的后处理步骤/设备。聚合物通过盐析效应的可逆物理交联和去交联证明了聚合物油墨的可回收性。此外，该打印方法可扩展至多种基于PNIPAM的复合溶液，包括功能性材料或其他聚合物，为开发水溶性一次性电子电路、小材料载体和智能执行器提供了巨大潜力。

图文导读

图1：温度变化引起的PNIPAM溶液相变，以及盐析效应如何导致PNIPAM在室温下凝固和可逆相变。

图2：盐离子对PNIPAM溶液相变温度（LCST）的影响，以及不同浓度和类型的盐离子如何显著降低LCST。

图3：基于PNIPAM的溶液通过可逆物理交联的即时固化，包括纯PNIPAM溶液和各种复合溶液。

图4：PNIPAM溶液及其复合溶液的流变特性，包括不同浓度的纯PNIPAM溶液和含有功能性材料或其他聚合物的1.0 M PNIPAM基复合溶液。

图5：利用可逆盐析效应的可持续3D打印及其潜在应用，包括在盐溶液润湿的基材上打印PNIPAM基墨水、在支撑液中嵌入打印以及PNIPAM结构的完全回收过程。

总结展望

本研究的亮点在于开发了一种无需额外化学改性剂、无需后处理步骤的3D打印技术，实现了聚合物的即时固化和可逆回收。通过调节盐离子的浓度，可以有效控制PNIPAM溶液的相变温度，实现在室温下的快速固化。

此外，该技术还适用于多种复合溶液，包括含功能性填料或聚合物的溶液，为制造具有特定功能的3D结构提供了可能。研究还展示了该技术在打印水溶性一次性电子电路、智能载体和多阶段软执行器等方面的应用潜力。

这些发现为环保型聚合物制造技术的发展，包括3D打印方法、可回收聚合物设备和智能执行器、传感器的开发，提供了新的方向。

文献信息

标题：Sustainable 3D printing by reversible saltingout effects with aqueous salt solutions

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48121-7