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  4D打印在3D打印的基礎上增加了隨時間變形的第四維度，是一種新興的數字化、智能化制造技術。其將化學領域的分子自組裝概念延伸到宏觀產品形狀的自組裝，被認為是一種具有潛在顛覆性的技術。根據其具體成型方式，4D打印可以分為：直接3D打印受激形變材料和打印可變形為3D形狀的數字化2D平面。其中，后者由于只需要制備單層平面，可以有效克服傳統3D打印層層打印的固有局限，在制備一些特定3D結構時具有速度上的巨大優勢。但其二維變三維的機理也較大程度上限制了所能制備的形狀的復雜度，并且打印材料的性能較為單一。

  近日，浙江大學化學工程聯合國家重點實驗室謝濤課題組在原有工作基礎之上（Adv. Mater. 2017, 29, 1605390 & ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 32408），提出了基于動態共價鍵交換的模塊化4D打印概念，旨在突破2D到3D變形模式的限制，拓展其成型復雜度及相關器件的功能。

  這一概念的實現依賴于光固化打印前驅液中動態共價鍵的引入，以及對打印的動態高分子網絡性能的良好調控。在室溫條件下，動態鍵處于休眠狀態，通過控制數字光固化的曝光參數，可以制備得到具有不同形狀及性能的的模塊單元。在高溫下（160 oC），動態鍵被激活，可以將這些模塊單元通過界面間的鍵交換反應實現高效焊接，從而得到具有復雜形狀的多材料結構。

基于動態共價鍵交換體系的模塊化4D打印

  利用該模塊化4D打印方式，可以實現多級晶格結構、互鎖結構和立體三浦折疊等多種復雜結構的制備。這些三維結構可以通過形狀記憶及塑性變形兩種方法進一步豐富其變形行為。

單層4D打印曝光區域與時間的調控及其變形結果 

模塊組裝得到的復雜結構及其形狀記憶變形

  由于該方法的通用性，所制備的不同材料模塊（包括結晶型韌性材料，橡膠態彈性材料和玻璃化硬質塑料）均可實現組裝，獲得具有復合性能的多材料功能性結構。借助不同材料熱力學性能差異，組裝體在升溫過程中可以實現次序變形，獲得多形狀響應功能。結合特殊的結構設計，還能增強變形過程中的力學穩定性。

多材料的模塊化4D打印及其功能性研究

  該工作以“Modular 4D printing via interfacial welding of digital light controllable dynamic covalent polymer networks”為題在線發表于Cell Press旗下材料學期刊Matter上。其中，博士生方子正和碩士生宋慧潔為共同第一作者，趙騫副教授和謝濤教授為通訊作者。該研究工作得到國家自然科學基金的支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.01.014

  謝濤團隊長期招聘高分子相關方向的博士后與技術員，有意者可與趙騫副教授聯系(Email: qianzhao@zju.edu.cn)。