导读 在《今日应用材料》上发表的一项研究中，新加坡的研究人员开发了种类最多的有机硅和环氧树脂混合树脂，用于可穿戴设备，生物医学设备和软机

在《今日应用材料》上发表的一项研究中，新加坡的研究人员开发了种类最多的有机硅和环氧树脂混合树脂，用于可穿戴设备，生物医学设备和软机器人的3D打印。可调功能梯度材料的范围显示出超过五个数量级的弹性模量，显示出优异的界面韧性，复杂结构中的更高精度以及机电一体化部件集成的更好制造控制。

新加坡科技设计大学(SUTD)的多学科团队在其论文“具有可调节的机械和界面特性的有机硅/环氧杂化树脂作为添加剂”中强调了软机器人的潜力受到其鲁棒性和适用性的限制的问题。制造软机器人。”

例如，将机电一体化组件(例如印刷电路板(PCB)，传感器，电池，气动配件，电缆和泵)集成到柔软的复合材料主体中仍然是一个挑战，而传统的设计却阻碍了设计的复杂性和制造控制用于集成的成型和铸造方法。

为了解决这些局限性，该团队开发了一系列新型的聚合物混合材料，这些混合物可显示出从非常软到非常坚硬的各种机械特性，分别用于软机器人和传统硬机电一体化组件中的组装。聚合物杂化物表现出出色的韧性和化学相容性，可以承受较大的应变，并且可以通过直接墨水书写进行加工，从而可以对复杂结构进行先进的数字化制造。

新型有机硅-环氧树脂杂化剂的范围是由软铂催化的弹性体和通过酸酐硬化剂固化的硬环氧树脂制成的。选择酸酐代替常用的基于胺的固化剂可实现硅酮相和环氧相之间空前的化学相容性，并通过改变其组成来精确调节机械和界面特性。

所得的杂化物系列显示出超过5个数量级的弹性模量，范围从22 kPa到1.7 GPa，这可能是可调功能梯度材料报道的最大范围。具有紧密组成的复合材料在0.8至3.0 kJ m -2的范围内表现出出色的界面韧性，从而使软体与各种传统机电一体化部件之间具有牢固的界面。在油墨配方中添加流变改性剂(在这种情况下为合成锂皂石纳米粘土)可以实现复杂的三维复合结构的增材制造(请参阅图像和视频)。

通过四个主要实例证明了这种新的杂种家族的优势。首先，将PCB集成到软膜上，该软膜可拉伸200%以上，而不会出现任何界面损伤。第二，从关节解剖模型成功地复制了手指关节，并牢固地整合了骨样，肌腱样和韧带样结构。然后，详细介绍了轴向变形可调的增强型气动执行器的结构和性能。最后，报道了一种蝙蝠启发式机翼结构，能够支持快速动力学和较大的弯曲变形。

这些示例中的性能只能通过先进的制造方法来实现，该方法可以实现多种尺寸的材料与高分辨率的强大组合，而传统的铸造或模塑方法则无法实现这种高分辨率。

“这项工作的发现和理解，在化学，物理和工程学的交界处，对材料工程做出了重大贡献，尤其是应用于软机器人方面。我们先进的制造方法可在多种规模和高分辨率下实现坚固的材料组合”，该产品将广泛应用于可穿戴设备，医疗保健，尤其是软机器人等关键领域。” SUTD工程产品开发计划的首席研究员助理教授Pablo Valdivia y Alvarado说。