可生物降解納米複合材料是一種從(cong) 使用到廢棄均能很好的順應可持續發展理念的環境友好型材料。采用納米粒子填充改性聚合物是納米複合材料高性能化和多功能化發展的重要方向。然而多數納米粒子改性複合材料方法隻針對於(yu) 增強或增韌單一方向進行改善，且成型需要依賴於(yu) 模具，可設計程度較低。熔融沉積成型法（FDM）作為(wei) 熱塑性聚合物常用的3D打印方法已廣泛應用於(yu) 各個(ge) 領域。通過將熱塑性聚合物加熱熔化後按特定程序逐層堆積在平台上，具有操作簡便、打印製品性能高和易於(yu) 進行結構調控等突出優(you) 點

近日，青島科技大學高分子學院史新妍教授團隊在可控“強-韌”轉變高性能納米複合材料3D打印方麵取得新進展，團隊相關(guan) 工作以“3D printing nanocomposites with controllable “strength-toughness” transition: Modification of SiO2 and construction of Stereocomplex Crystallites”為(wei) 題發表於(yu) 期刊《Composites Science and Technology》（一區TOP期刊，IF=8.5）上，該論文以青島科技大學為(wei) 唯一通訊單位，博士生呂陽為(wei) 第一作者，史新妍教授為(wei) 通訊作者。

圖1. 可生物降解納米複合材料的SEM照片（a. SiO2-g-PDLA-0, b. SiO2-g-PDLA-1, c. SiO2-g-PDLA-3, d. SiO2-g-PDLA-5）

圖2. 可生物降解納米複合材料頻率掃描曲線（a. 180℃，b. 210℃）

圖3. 3D打印可生物降解納米複合材料應力應變曲線（b. 噴頭溫度180℃, c. 噴頭溫度210℃）

課題組首先采用本體(ti) 聚合方法在SiO2表麵包覆低分子量右旋聚乳酸（SiO2-g-PDLA），實現SiO2在可生物降解共混物（左旋聚乳酸/聚己二酸-對苯二甲酸丁二醇酯（PLLA/PBAT））中納米分散的同時構築均勻分布在基體(ti) 中的立構複合晶（立構複合晶由SiO2表麵包覆的PDLA和基體(ti) 中的PLLA構成）。通過3D打印的噴頭溫度作為(wei) “開關(guan) ”控製納米複合材料中立構複合晶的存在和消失，以此來實現3D打印納米複合材料的“強-韌”轉變。SEM圖片中可以看出（圖1所示），SiO2-g-PDLA在複合材料中為(wei) 納米分散，且加入5wt%時也並未發生團聚。流變學測試表明（圖2所示），180℃下，隨著SiO2-g-PDLA含量的增加，複合材料的儲(chu) 能模量和複數粘度均逐漸增加，此時複合材料內(nei) 均勻分布的立構複合晶和SiO2-g-PDLA填料共同作為(wei) 增強體(ti) 。而210℃下，隨著SiO2-g-PDLA含量的增多，複合材料儲(chu) 能模量和複數粘度均逐漸降低，這是由於(yu) SiO2表麵負載的低分子量PDLA在流動過程中起增塑作用導致的。3D打印試樣的拉伸性能測試中可以看出（圖3所示），通過控製噴頭溫度可以實現3D打印製品的“強-韌”轉變。

圖4. 3D打印調控可生物降解納米複合材料“強-韌”轉變機理圖

從(cong) 機理圖中可以看出（圖4所示），3D打印噴嘴溫度可以充當可生物降解納米複合材料“強-韌”轉變的開關(guan) 。當噴嘴溫度為(wei) 180℃時，複合材料內(nei) 均勻分布的立構複合晶和SiO2填料作為(wei) 增強體(ti) ，極大的增強了複合材料的拉伸強度；當噴嘴溫度為(wei) 210℃時，立構複合晶熔融，SiO2表麵包覆的PDLA充當低分子量增塑劑，使複合材料韌性提高。

該工作得到山東(dong) 省自然科學基金、德國Technische Universität Kaiserslautern大學Alois K. Schlarb教授，Leyu Lin教授的支持。