4D打印的磁性刺激和响应机制

供稿人:李红艳 连芩 提交单位:西安交通国家重点实验室大学机械制造系统工程

4D打印的刺激类型可分为内部刺激和外部刺激两类,外部刺激可分为化学、热、光和磁性四类。磁响应材料通常对外部FM有良好的机械响应,可以远程控制4D形状变化,实现各种变形和可逆形状转换。通常有三种方法可以诱导磁响应材料的形状变化,即直接磁性、热磁性和电磁性。

当不同的响应材料完全分布到预设计的结构中时,MF和加热MF的结合可以实现不同的变形模式。Ze等人在M-SMP基体中制备了由两种磁性粒子组成的多复合结构。本设计的工作机制是:在室温下,M-SMP是刚性的,刚性M-SMP的变形不能驱动MF (Ba)在高频交流电源下,M-SMP在低温下变软(Bh)M-SMP可以通过下加热MF来变形。关闭Bh后,冷却M-SMP硬化并固定临时形状。

4D打印的磁性刺激和响应机制

图1:M-SMP的工作机制及其在铅球机械爪提升中的应用
M-SMP具有可重新编程、不受约束、形状转换快速可逆、形状锁定的优点,具有优异的形状处理性能,可应用于微创手术生物生物学交付等机器人和靶向药物医学但是M-SMP也有一些局限性,比如,M-SMP主要依靠SMP的热磁效应来固定形状,因此在实际应用中对温度控制有严格的要求,其次,在形状固定时,M-SMP的冷却速度可能很慢

基于磁场刺激的可变形软材料M-SMP的远程驱动具有很强的研究意义,为柔性电子、柔性生物机器人等生物医学设备的应用创造了新的可能性。

参考文献:
Wang Yue et al. Emerging 4D printing strategies for next-generation tissue regeneration and medical devices. Advanced materials.2021. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34951494/

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