3D打印技术在工业生产和制造领域展现出巨大的应用潜力。然而，为满足快速成型需求，传统光固化材料通常形成高度交联的聚合物网络结构，导致其力学性能受限且难以实现自修复等功能特性。

  针对这一挑战，浙江大学吴晶军、方子正团队通过化学分子结构设计，在聚氨酯丙烯酸酯树脂中同时引入氨酯键和酰氨基脲键两种动态基团，利用二者的协同作用，在光固化网络中成功构筑了多级氢键结构（图1）。得益于此，该弹性体材料展现出卓越的力学性能：拉伸强度为49.6 MPa，韧性为158.5 MJ/m3。基于对照实验，结合红外光谱和小角X射线散射等表征手段（图2），研究证实酰氨基脲键的引入促进了多级氢键的形成，显著提升了能量耗散效率。同时，分析还发现材料在拉伸过程中伴随结晶行为的出现，该行为进一步提升了材料的强度与韧性。此外，该材料还兼具优异的抗缺陷、抗穿刺性能以及快速回弹特性（图3）。得益于酰氨基脲键的动态特性，打印材料在130 °C下加热2小时即可实现高效修复，且修复效率高达95.6%。与现有光固化3D打印材料相比，该材料的拉伸强度是同类可修复弹性体的10倍以上，成功实现了超强韧与可修复的协同统一（图4）。

  2025年7月2日，该工作以“3D-Printing of Ultratough and Healable Elastomers”为题发表在Advanced Materials上。论文第一作者为浙江大学化学工程与生物工程学院博士生穆洪锋和孙卓，论文通讯作者为吴晶军副研究员和方子正研究员。该研究得到了国家自然科学基金委的支持。

图1. 3D打印弹性体的化学分子结构设计

图2. 3D打印弹性体的增韧机制探究

图3. 3D打印弹性体的力学性能表征

图4. 超韧性/可修复弹性体的3D打印及性能对比

  需要说明的是，团队去年报道了一种含有动态受阻脲键和侧链羧基的光敏树脂材料。材料在打印完成后，通过加热后处理可以实现网络拓扑结构的本质变化，实现了多重机制下的协同增韧，由此开辟了超强韧3D 打印高分子的新路径（Nature, 2024, 631, 783-788）。本工作在此基础上，通过在光固化 3D 打印弹性体中构筑多级氢键网络，同时实现了材料的超强韧性与可修复性。这种分子结构设计策略不仅为高性能 3D 打印提供了新思路，也为制造复杂柔性器件开辟了新途径，有望推动相关高附加值应用的技术革新。

  原文链接 https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202507908