仿生光响应形状记忆材料4D打印和形变特性研究

针对深空、深地、深海和极地等极端环境科学探索前沿，利用智能构件的材料–结构–功能一体化增材制造技术，即4D打印技术，以木材的多层网格状结构为生物模本，以聚乳酸为基体，聚己内酯为添加相，氧化石墨烯为光热转换剂，采用直写式3D打印工艺成功制备了具有光响应形状记忆特性的仿生智能材料，研究了该智能材料的响应方式、变形过程、力学强度、变形温度等。结果表明，其能对光与温度刺激做出响应，实现自主形状回复，形变温度降低至55℃左右。在近红外光刺激下，形状固定率高达96%，形状回复率为93%，形状回复时间最快可达9 s。最后演示了在仿生可展开结构和光控释放包裹物结构中的应用，分别实现了按需光驱动展开和可控顺序释放功能，为航空航天可变形结构精准选择、远程控制和快速响应问题的解决提供了一种有效的仿生学新思路和新方法。