第一作者：Donghwan Ji

通訊作者：Jinhye Bae

通訊單位：加州大學圣地亞哥分校

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用最少的儀器和能源實現簡單而可持續的印刷技術仍然具有挑戰性。本研究開發了一種簡單而可持續的3D打印技術，利用可逆的鹽析效應。通過鹽水溶液誘導的鹽析效應，降低了聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)溶液的相變溫度至10°C以下。這使得PNIPAM溶液能夠在室溫下與鹽溶液接觸后自發且立即形成物理交聯，從而固化。

PNIPAM溶液可通過針擠出，并可通過鹽離子立即固化，保留印刷結構，無需流變改性劑、化學交聯劑和額外的后處理步驟/設備。聚合物通過鹽析效應的可逆物理交聯和去交聯證明了聚合物油墨的可回收性。此外，該打印方法可擴展至多種基于PNIPAM的復合溶液，包括功能性材料或其他聚合物，為開發水溶性一次性電子電路、小材料載體和智能執行器提供了巨大潛力。

圖文導讀

圖1：溫度變化引起的PNIPAM溶液相變，以及鹽析效應如何導致PNIPAM在室溫下凝固和可逆相變。

圖2：鹽離子對PNIPAM溶液相變溫度（LCST）的影響，以及不同濃度和類型的鹽離子如何顯著降低LCST。

圖3：基于PNIPAM的溶液通過可逆物理交聯的即時固化，包括純PNIPAM溶液和各種復合溶液。

圖4：PNIPAM溶液及其復合溶液的流變特性，包括不同濃度的純PNIPAM溶液和含有功能性材料或其他聚合物的1.0 M PNIPAM基復合溶液。

圖5：利用可逆鹽析效應的可持續3D打印及其潛在應用，包括在鹽溶液潤濕的基材上打印PNIPAM基墨水、在支撐液中嵌入打印以及PNIPAM結構的完全回收過程。

總結展望

本研究的亮點在于開發了一種無需額外化學改性劑、無需后處理步驟的3D打印技術，實現了聚合物的即時固化和可逆回收。通過調節鹽離子的濃度，可以有效控制PNIPAM溶液的相變溫度，實現在室溫下的快速固化。

此外，該技術還適用于多種復合溶液，包括含功能性填料或聚合物的溶液，為制造具有特定功能的3D結構提供了可能。研究還展示了該技術在打印水溶性一次性電子電路、智能載體和多階段軟執行器等方面的應用潛力。

這些發現為環保型聚合物制造技術的發展，包括3D打印方法、可回收聚合物設備和智能執行器、傳感器的開發，提供了新的方向。

文獻信息

標題：Sustainable 3D printing by reversible saltingout effects with aqueous salt solutions

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48121-7