黑科技！复合4D打印材料，光热刺激变身不同形态

4D打印是一种革命性的新技术。这一概念准确的说是一种自变形材料，只要受到某些因素的刺激（比如光、热、电、磁和振动），就能在无需机电设备的情况下自动变形为预设的形状。之前的4D打印材料多是记忆合金，而现在，这份名单上又加入了一位新成员，它就是最近由匹兹堡大学Swanson工程学院和克莱姆森大学的研究者们联合开发出的一种全新的复合材料。这种新型4D打印材料是通过将热敏凝胶与光敏纤维相结合开发出来的，能够在不同强度光和热的刺激下多次变形为不同的形状，有很大的潜力用于柔性机器人和仿生学4D打印自适应设备。

由于能够自由将不同属性的材料塑造成具有特定功能的形态，当前火热的3D打印技术已经成为了制造与设计领域的有力工具。不过大部分由这种技术打造出的物体都只能实现某种单一的功能。于是，在打印成型后也能按需实现多种不同功能就成为了人们对下一代技术的期望，而4D打印正在令这种愿景成为现实。

据中国3D打印第一互动媒体平台南极熊了解，这种新型复合4D打印材料是由匹兹堡大学化学与石油工程系的教授Anna C. Balazs与克莱姆森大学材料科学工程系的副教授Olga Kuksenok合作开发的。他们开发了一种计算模型，能够设计合成热敏聚合物凝胶和光敏纤维。最终的成果 — 复合4D打印材料同时具有很高的可重构性和机械强度，不但可以多次变形为不同形状，而且在不同的刺激下会表现出不同的反应。

举例来说，在光线照射下，由这种材料制成的某个样品会向一个方向弯曲，而受到热刺激时则会向另一个方向弯曲；另一个样品在光照下会像毛虫一样卷曲，而受到热刺激则会像手风琴一样收缩。这就意味着由这种材料制成的单一物体是可以通过编程实现多种不同功能的。

“有了4D打印材料这种变形能力，为实现新应用制造新部件就不再是必需，而这可以大大降低成本，”Balazs教授表示，“目前，研究的任务就是创造出一种全能材料，同时具备足够的强度和可塑性，又能在面对不止一种刺激时做出不同的反应。”

通过向热敏凝胶中植入涂有SP涂料的光敏纤维就可以实现这种单一物体面对不同刺激时的多种反应。研究者还表示，通过在纤维上进行SP的局部化，复合材料还能实现只对光线有反应的“隐藏”模式。这种仿生学的刺激响应动作有很大的潜在应用价值，比如用于需要实现多种不同弯曲动作的柔性机器人关节。

目前，两名研究者已经将相关的研究内容发表到了英国皇家化学学会的学术期刊Materials Horizons上，标题是《融合了光敏纤维与热敏凝胶的复合材料的多刺激反应行为》。未来的研究会将目标集中到如何实现纤维的自定义排列，从而制造出可做出抓握动作的手形结构。