德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员将化学和先进制造技术相结合，开发出一种新型3D打印泡沫，该泡沫比传统聚合物泡沫更耐用、更可回收，还阐述了其研究背景、制作过程、应用方向以及研究人员的后续计划等内容。
在我们的生活中，泡沫可谓无处不在，从座垫到床垫，再到隔热材料，尽管有时候我们并未留意到它的存在。而如今，德克萨斯大学达拉斯分校的科研团队带来了一项令人瞩目的成果。他们巧妙地将化学知识与先进制造技术融合在一起，成功开发出了一种新型的3D打印泡沫。与传统的聚合物泡沫相比，这种新型泡沫具有更出色的耐用性，并且在回收利用方面表现得更为优秀。
德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员把化学与先进技术相结合，制造出了这种3D打印泡沫。相较于许多日常用品中所使用的聚合物泡沫，它不仅更加耐用，而且更容易实现回收利用。这项具有重要意义的研究成果发表在了3月1日的《皇家化学学会应用聚合物》印刷版上，其核心目标是制造出一种既坚固又轻巧、适合3D打印的泡沫材料。（图片来源：德克萨斯大学达拉斯分校）
该研究团队借助动态化学技术，创造出了这种耐用、能够自我修复且更易于回收的3D打印泡沫，为可持续制造领域开辟了全新的可能性。
此项研究成果刊登在3月1日出版的《皇家化学学会应用聚合物》印刷版上，这本杂志是英国皇家化学学会旗下的期刊。研究的重点在于制造一种适用于3D打印的坚固而轻质的泡沫，然而3D打印技术在大规模制造中的应用目前仍相对较少。据联合主要作者、德克萨斯大学达拉斯分校博士生Rebecca Johnson BS’20介绍，这项研究为可持续和可定制的泡沫生产开创了新的途径。
“这可能是我参与过的耗时最长的项目了，”计划于5月完成化学博士学位的约翰逊说道，“从项目启动到最终完成，花费了两年多一点的时间。其中大部分时间都用于调试聚合物配方，以确保其能够与3D打印机相兼容。”
约翰逊还表示，虽然制造与3D技术相匹配的新材料面临着诸多挑战，但3D打印工艺让研究人员能够设计并制作出可在制造应用中进行定制的复杂形状。为了验证这一想法，他们专门制作了气球狗形状的泡沫。
创新的抗冲击和隔热泡沫
“该项目的目标是解决3D打印在制造聚合物泡沫方面存在的一些局限性，”自然科学与数学学院化学与生物化学副教授、该研究的通讯作者Ron Smaldone博士解释道，“3D打印泡沫的主要应用领域或研究兴趣点之一在于隔热和减震。”
Smaldone指出，随着研究和实验的不断推进，这种泡沫及其制造工艺有望用于生产高冲击吸收的物品，例如摩托车或橄榄球头盔、汽车保险杠或者装甲等。他还提到，3D打印技术能够创建更为复杂的结构，比如细晶格，这不仅可以增强材料的物理柔韧性，还能为其应用赋予更多的功能。
（作者讨论了他们的研究。图片来源：皇家化学学会）
研究人员还深入探究了如何制造一种能够通过3D打印制成质量稳定、缺陷较少的最终产品的材料。目前，大多数商用泡沫属于热固性材料，这意味着它们在成型过程中会发生化学反应，从而永久性地固定其结构，无法进行重新成型、熔化或溶解。因此，大多数聚合物泡沫难以实现回收利用，最终往往被填埋处理，斯马尔登介绍说。
德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员利用一种特殊的可逆键（即动态共价化学）开发出了这种耐用的泡沫材料。尽管这种泡沫不能像塑料那样完全熔化和重塑，但这些特殊的键能够使材料在受损时进行自我修复，从而拓宽了其应用范围，延长了使用寿命。
“当然，我们并不是唯一尝试进行此类研究的团队，”斯马尔多内说，“我们的创新之处在于运用动态化学技术来打印出真正优质的泡沫材料。接下来需要解决的问题是，如何调整材料的属性，并利用新获得的知识来满足各种不同的需求。”
约翰逊和该研究的另一位共同作者、化学博士生艾瑞尔·托尔弗里 (Ariel Tolfree BS’23) 在对该领域的类似研究进行深入分析后，提出了自己独特的研究思路。托尔弗里将约翰逊视为自己的导师，她计划进一步拓展这项研究，具体包括研究如何提高泡沫的可回收性以及探索泡沫在可持续发展方面的潜力。
托尔弗里表示，选择制作泡沫气球狗作为小组的测试对象是顺理成章的事情。
“它的形状简单易懂，但却完美地代表了我们研发的泡沫材料，”托尔弗里解释道，“气球看起来普普通通，然而当它被扭曲成新的形状时，几乎超出了人们的想象。我们的泡沫也是如此，起初看似平凡无奇，但一旦经过膨胀和变形处理，它们就会展现出非凡的特性。”
本文介绍了德克萨斯大学达拉斯分校研究人员开发的新型3D打印泡沫，其结合化学与先进制造技术，比传统聚合物泡沫更耐用、可回收。研究团队通过动态化学技术实现泡沫的自我修复等特性，解决了3D打印制造聚合物泡沫的部分局限。此研究为可持续和可定制的泡沫生产开辟新可能，未来有望在多个领域得到应用。
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