Page 59 - 《精细化工》2022年第10期

第 10 期 张克勤，等: 3D 打印气凝胶的研究现状 ·1993·

和高柔性的 3D 打印芳纶纳米纤维气凝胶（图 6a）。 印墨水以外，将其加工成纳米材料（纳米纤维素）
通过将有机聚合物加工成纳米材料再分散进合适的 后再配成相应的墨水也是一种十分有效的方法。并
介质中制成具有良好挤出打印效果的墨水的方法为 且由于纤维素之间存在强氢键作用，对应的纳米纤
其他有机聚合物气凝胶的 3D 打印开发起到了重要 维素墨水在不需要任何额外添加剂的条件下就具有
的引领作用。但是有机聚合物气凝胶在生产和制造 适用于挤出式打印的高黏度与黏弹性。如：LI 等 [49-50]
过程中的高环境污染性，使得研究人员更愿意将目 分别以纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体为原材料
光投入到 3D 打印有机生物质气凝胶的开发中。 将其分散到水中制成了具有良好打印性能的纳米纤
2.3.2 有机生物质气凝胶 维素墨水，相应的 3D 打印纤维素气凝胶都具有优
3D 打印有机生物质气凝胶的制备流程与 3D 打 良的机械性能（压缩强度>2.0 MPa）和高孔隙率
印有机聚合物气凝胶不同，通常是将获得的生物质 （>90%），在化学吸附 [50] 中具有独特的应用价值。
材料溶解/分散在对应溶剂中并添加一定量添加剂 除了纤维素外，丝素作为一种高生物相容性的
提升墨水的黏度与黏弹性以满足挤出式 3D 打印的 有机生物质材料，3D 打印丝素气凝胶的开发也具有
要求。如：JIANG 等 [48] 将纤维素溶解到氢氧化钠- 一定的吸引力。丝素可通过添加一定量添加剂（乙
尿素-水体系中制成了可挤出式打印的纤维素墨水， 二醇 [51] 、明胶 [52] 等）等方法形成具有良好挤出式打
将打印后的蜂窝状支架结构放在水中再生（去除溶 印能力的丝素凝胶墨水并打印出具有复杂形状的凝
剂，恢复纤维素分子间的氢键交联）和冷冻干燥制 胶结构，展现出良好的可打印性与生物相容性，有
成了蜂窝状 3D 打印再生纤维素气凝胶。该 3D 打印 望进一步制成相应的气凝胶材料并开展更深入的研
再生纤维素气凝胶依然维持着高达 93.4%的孔隙 究。3D 打印有机生物质气凝胶不仅具有丰富的墨水
率，并且在湿态下具有极佳的柔韧性（图 6b），干 配制方法、流程简单、且具有绿色环保等诸多优点，
态下具有较高的压缩强度，杨氏模量高达 11.1 MPa。 能保持极高的孔隙率与优异的力学性能，因而，具
而纤维素材料除了可以将其直接溶解配制成 3D 打 有极高的应用价值与广阔的应用前景。

图 6 具有良好柔韧性的 3D 打印芳纶纳米纤维气凝胶（a） [47] 与 3D 打印再生纤维素气凝胶（b） [48]
Fig. 6 3D printed aramid nanofiber aerogel (a) [47] and regenerated cellulose aerogel (b) [48] with high flexibility