这篇论文的研究内容由昆士兰科技大学的Christopher Barner-Kowollik及其团队完成，研究成果发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。研究的核心是开发一种新型的无引发剂光敏树脂，能够通过直接激光写入（DLW）技术快速制造出具有内在热降解特性的三维微结构。
直接激光写入（DLW）是一种广泛应用于微观尺度三维结构制造的增材制造技术。传统的DLW技术依赖于光引发剂和自由基聚合机制来诱导交联过程，然而，这些光引发剂可能存在毒性和对氧敏感性的问题。因此，开发一种无引发剂的光敏树脂显得尤为重要。该研究提出了一种基于[2 + 2]光二聚化反应的多功能单取代硫代马来酰亚胺化合物的光敏树脂，能够在不使用光引发剂的情况下实现快速的三维微结构制造。
研究团队首先制备了一种三臂单硫代马来酰亚胺（TMal）光敏树脂，并将其溶解在丙烯碳酸酯中，以降低粘度并防止打印过程中溶剂的蒸发。通过调节激光功率和扫描速度，研究人员成功实现了高达5000 μm/s的打印速度，显著超过了传统光引发剂树脂的打印速度。这一突破使得该光敏树脂在制造微结构时具有更高的效率和更好的打印质量。研究团队在实验中使用了Nanoscribe的设备，这是一种广泛应用于高分辨率三维打印的激光系统，能够实现精确的微结构制造。
在打印过程中，研究团队还对打印参数进行了优化，确定了最佳的激光功率和扫描速度，以确保充分的交联而不导致微爆炸现象。最终，研究人员成功打印出具有300 nm特征尺寸的微结构，展示了该光敏树脂在高分辨率打印中的潜力。研究表明，TMal光敏树脂在打印过程中表现出优异的非线性吸收特性，主要通过双光子吸收机制进行聚合，这使得其在打印速度和分辨率上都达到了新的高度。
尽管该研究在打印速度和质量上取得了显著进展，但仍面临一些挑战。首先，传统的光敏树脂在打印过程中容易受到氧气的干扰，影响聚合反应的效率。研究团队通过优化打印条件，尽量减少氧气的影响，但在某些情况下，仍然可能出现聚合不完全的现象。其次，热降解特性的实现依赖于打印后材料的热处理。研究表明，打印的微结构在150 °C下加热24小时后能够实现热降解，但这一过程需要精确控制温度和时间，以避免对材料的损坏。此外，材料的机械性能在热降解过程中也会发生变化，如何在保持材料性能的同时实现有效的热降解是一个需要进一步研究的问题。
该研究的成功为无引发剂光敏树脂在增材制造领域的应用开辟了新的方向。未来，研究团队计划进一步探索不同类型的光敏树脂，以实现更广泛的应用。此外，结合其他材料的多材料打印技术，将使得制造更复杂的三维结构成为可能。在生物医学领域，该技术的应用前景尤为广阔。通过制造可降解的细胞支架，研究人员可以实现对细胞释放的精确控制，从而推动组织工程的发展。此外，该技术还可以用于制造微流体设备、光子学器件等，具有重要的应用价值。
总之，这项研究不仅展示了无引发剂光敏树脂在快速三维打印中的潜力，也为未来的材料开发和应用提供了新的思路。随着技术的不断进步，预计将会有更多创新的应用场景出现，推动增材制造技术的发展。研究团队的努力和成果为未来的研究奠定了坚实的基础，期待在不久的将来看到更多基于这一技术的实际应用。
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https://doi.org/10.1002/adfm.202414713