近日，南方科技大学机械与能源工程系教授葛锜团队在可重构4D打印技术领域取得重要进展，相关成果以“Reconfigurable 4D Printing via Mechanically Robust Covalent Adaptable Network Shape Memory Polymer”为题发表在国际知名综合期刊《科学∙先进》（Science Advances）上。

4D打印作为新兴跨学科前沿研究领域，已成为国内外热点研究方向之一。形状记忆聚合物（Shape Memory Polymers，SMPs）因较高的模量已被广泛用于4D打印。然而，大多数用于4D打印的SMPs为热固性材料，只能“记忆”一种永久形状。近年来，一些研究将共价适应性网络（Covalent Adaptable Networks，CAN）引入到SMPs中，以实现其形状的多次重构。但是，现有动态共价SMPs难以兼顾形状记忆性能、变形重构能力和高精度可打印性。

图 1. MRC-SMP的可重构、大变形、高精度4D打印。（a）DLP 3D打印的高精度MRC-SMP晶格结构的大变形形状记忆行为。（b）重新配置形状的弧形MRC-SMP晶格结构的形状记忆行为。（c）通过将三个3D打印和重新配置的MRC-SMP晶格结构焊接到打印的圆形底座上制造的形状记忆夹爪。

针对上述问题，葛锜团队开发了高力学性能的共价适应性网络SMP（Mechanically Robust Covalent Adaptable Network Shape Memory Polymer， MRC-SMP），能够用于数字光处理（Digital Light Processing-DLP）高分辨率3D打印，实现可重构、大变形、高精度4D打印。如图1a所示，通过DLP 3D打印由MRC-SMP构成的点阵结构展现了大变形形状记忆行为。如图1b，通过酯交换反应引发的点阵结构永久形状重构，且形状重构后的MRC-SMP仍具备大变形形状记忆能力。此外，共价适应性网络还赋予了MRC-SMP高强粘接能力。如图1c，三个高精度打印的MRC-SMP点阵结构和一个MRC-SMP连接器通过焊接和形状重构后形成了一个抓取状态的夹爪。MRC-SMP夹爪可以先编程为展开状态，再通过形状记忆恢复到抓取状态并提起重物。

图 2.多材料可重构形状记忆折纸。（a-b）可重构形状记忆折纸的多种形状重构和形状记忆行为。（d）重构后的折纸形状2承载重物的照片。（e）在室温下对不同重构的折纸形状的压缩试验。

MRC-SMP可重构性能与多材料打印的结合能够制造三维任何形状记忆折纸结构，并极大地缩短制造复杂SMP折纸结构的时间。如图2a，多材料折纸是MRC-SMP作为变形铰链和耐高温高强度光固化树脂作为刚性板面制成的。MRC-SMP的显著可变形性允许快速将一张打印折纸重新配置为多个SMP折纸（图2a-c）。MRC-SMP的高玻璃化转变温度确保了3D折纸结构在室温下具有高刚度和重负载能力（图2d-e）。

南方科技大学机械与能源工程系研究助理教授李红庚（现为大湾区大学助理教授）为论文第一作者，南方科技大学机械与能源工程系葛锜教授为通讯作者。南方科技大学为论文第一单位。本研究得到了国家自然科学基金、广东省珠江人才计划、广东省自然科学基金和深圳市科技创新委员会的支持。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl4387

供稿：机械与能源工程系

通讯员：贺龄慧

编辑：任奕霏