21、4D软材料系统与材料响应设计：技术、材料与交互新可能

4D软材料系统与材料响应设计：技术、材料与交互新可能

4D软材料系统探索

在材料科学与设计领域，4D软材料系统正展现出巨大的潜力，为复杂结构的制造和响应式设计带来了新的思路。

热响应孔径结构

利用激活双层结构的成功弯曲特性，已经能够打印出更复杂、更大尺寸的几何形状，例如图3所示的星形孔径结构。这个直径达15厘米的星形孔径在不到5分钟内即可完成打印。它由两层构成，第一层是普通硅胶，第二层是硅胶 - 乙醇混合物。平面线间距为0.75毫米，为了使每层形成连续的打印线，打印路径通过脚本进行了优化（螺旋化）。层高度为3毫米，两层之间的距离设置为1毫米，通过向下推压实现0.5毫米的重叠，以确保两层之间的粘合。

为了获得合适的粘度、打印时间和固化时间，对材料成分进行了多次测试。以下是图3中打印样品的硅胶 - 乙醇混合物的成分表：
| 成分 | %重量 |
| — | — |
| Gel 25 partA | 38 |
| Gel 25 partB | 38 |
| 乙醇 | 20 |
| 缓凝剂 | 1 |
| 增稠剂 | 3 |

这种成分需要根据所采用的打印策略进行定制，特别是缓凝剂，它会影响固化时间。例如，如果同一打印件由两种不同材料的两层组成，较高比例的缓凝剂可以使材料在打印第二层时保持流体状态（未完全固化），从而保证两层之间的粘结。但当缓凝剂比例超过5%时，会导致材料性能下降或出现未固化部分。

响应元件在高温下的转变速度很快（在70°C时约两分钟）。如果要通过太阳能激活此类系统，则需要添加添加剂以提高复合材料的导热性，从而加快转变速度。Xia（2020）