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Exploring the Adaptability of 4D Printed Shape Memory Polymer Featuring Dynamic Covalent Bonds
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2024-09-10 , DOI: 10.1002/smll.202406358 Jing Zhang 1, 2 , Mingkun Xu 1, 2 , Nan Zhang 1 , Liming Tao 1 , Mingchao Shao 1 , Tingmei Wang 1, 2 , Zenghui Yang 1 , Qihua Wang 1, 2 , Yaoming Zhang 1
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2024-09-10 , DOI: 10.1002/smll.202406358 Jing Zhang 1, 2 , Mingkun Xu 1, 2 , Nan Zhang 1 , Liming Tao 1 , Mingchao Shao 1 , Tingmei Wang 1, 2 , Zenghui Yang 1 , Qihua Wang 1, 2 , Yaoming Zhang 1
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4D printing (4DP) of high-performance shape memory polymers (SMPs), particularly using digital light processing (DLP), has garnered intense global attention due to its capability for rapid and high-precision fabrication of complex configurations, meeting diverse application requirements. However, the development of high-performance dynamic shape memory polymers (DSMPs) for DLP printing remains a significant challenge due to the inherent incompatibilities between the photopolymerization process and the curing/polymerization of high-strength polymers. Here, a mechanically robust DSMP compatible is developed with DLP printing, which incorporates dynamic covalent bonds of imine linking polyimide rigid segments, exhibiting remarkable mechanical performance (tensile strength ≈41.7 MPa, modulus ≈1.63 GPa) and thermal stability (Tg ∼ 113 °C, Td ∼ 208 °C). More importantly, benefiting from the solid-state plasticity conferred by dynamic covalent bonds, 4D printed structures demonstrate rapid network adaptiveness, enabling effortless realization of reconfiguration, self-healing, and recycling. Meanwhile, the extensive π-π conjugated structures bestow DSMP with an intrinsic photothermal effect, allowing controllable morphing of the 4D configuration through dual-mode triggering. This work not only greatly enriches the application scope of high-performance personalized configurations but also provides a reliable approach to addressing environmental pollution and energy crises.
中文翻译：
探索具有动态共价键的 4D 打印形状记忆聚合物的适应性
高性能形状记忆聚合物 （SMP） 的 4D 打印 （4DP），特别是使用数字光处理 （DLP） 的 4D 打印 （4DP），因其能够快速、高精度地制造复杂配置，满足不同的应用要求而引起了全球的强烈关注。然而，由于光聚合过程与高强度聚合物的固化/聚合之间存在固有的不相容性，因此用于 DLP 打印的高性能动态形状记忆聚合物 （DSMP） 的开发仍然是一个重大挑战。在这里，开发了一种与 DLP 打印兼容的机械坚固 DSMP，它结合了亚胺连接聚酰亚胺刚性链段的动态共价键，表现出卓越的机械性能（拉伸强度 ≈41.7 MPa，模量 ≈1.63 GPa）和热稳定性（Tg ∼ 113 °C，Td ∼ 208 °C）。更重要的是，得益于动态共价键赋予的固态可塑性，4D 打印结构表现出快速的网络适应性，能够轻松实现重新配置、自我修复和回收。同时，广泛的 π-π 共轭结构赋予 DSMP 内在的光热效应，允许通过双模式触发对 4D 配置进行可控的变形。这项工作不仅极大地丰富了高性能个性化配置的应用范围，而且为解决环境污染和能源危机提供了一种可靠的途径。
更新日期：2024-09-10
中文翻译：
探索具有动态共价键的 4D 打印形状记忆聚合物的适应性
高性能形状记忆聚合物 （SMP） 的 4D 打印 （4DP），特别是使用数字光处理 （DLP） 的 4D 打印 （4DP），因其能够快速、高精度地制造复杂配置，满足不同的应用要求而引起了全球的强烈关注。然而，由于光聚合过程与高强度聚合物的固化/聚合之间存在固有的不相容性，因此用于 DLP 打印的高性能动态形状记忆聚合物 （DSMP） 的开发仍然是一个重大挑战。在这里，开发了一种与 DLP 打印兼容的机械坚固 DSMP，它结合了亚胺连接聚酰亚胺刚性链段的动态共价键，表现出卓越的机械性能（拉伸强度 ≈41.7 MPa，模量 ≈1.63 GPa）和热稳定性（Tg ∼ 113 °C，Td ∼ 208 °C）。更重要的是，得益于动态共价键赋予的固态可塑性，4D 打印结构表现出快速的网络适应性，能够轻松实现重新配置、自我修复和回收。同时，广泛的 π-π 共轭结构赋予 DSMP 内在的光热效应，允许通过双模式触发对 4D 配置进行可控的变形。这项工作不仅极大地丰富了高性能个性化配置的应用范围，而且为解决环境污染和能源危机提供了一种可靠的途径。
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