超材料具备优异的特性，包括负泊松比、负折射率、可调节的热膨胀系数和可以 兼容原本冲突的材料特性：低重量却高强度、微型化却高放大倍数、高硬度却低 热传导性。3D 打印结构材料的变形过程对于制备新的拓扑结构和新功能具有十 分重要的意义。现有的变形机制主要基于主体材料与相关刺激之间的：如热致变形、机械不稳定导致变形、溶剂溶胀导致变形、折纸方法和电磁驱 动变形等。这些方法中所适用变形体系具有复杂的材料成分，繁琐而昂贵的制造 程序，或者需要持续的外部刺激才能维持变形。然而，基于主体材料

　　近期，香港城市大学吕坚院士团队提出了一种基于高分子接枝反应诱导高分子单 丝膨胀，最终驱动高分子 3D 打印结构变形的策略。关键步骤是构建一种水凝胶 的化学反应微环境。在本文中，将 3D 打印的聚己内酯（PCL）结构（纤维或者 是 lattice 结构）置于水凝胶（聚丙烯酰胺，PAAm）前驱体溶液中，利用紫外光 照射触发前驱体溶液中 AAm 单体与 PCL 发生表面接枝反应，PCL 表面由疏水 性转变为亲水性，从而引发 AAm 单体向 PCL 内扩散，最终引发 PCL 纤维溶胀 和大体积膨胀，最终引发 PCL 的 lattice 结构发生变形。该方法的优点是材料体 系简单，制造过程成本低，采用非接触式光照刺激变形。此外，该方法可以推广 到其他类似的反应材料体系（如聚乳酸 PLA 和 PAAm 体系）和结构。最后，该 方法也将启发一种由化学反应辅助的新型4D 打印策略。

　　图 1. 通过构建水凝胶化学反应微环境，利用紫外光触发 3D 打印材料与水凝胶单体发生化 学接枝反应，最终引发 3D 打印结构变形。

　　图 2 ．3D 打印 PCL 结构（纤维和 lattice）的制备、变形和表征（光学显微镜和 ESEM）。 （a ） PCL 结构的制备和变形过程示意图。（b1）长度为 2091.5 μm 的 PCL 纤维和（b2）变 形后对应的 PCL 纤维照片。（c1）初始 PCL 的四方 lattice 和（c2）变形后对应的 PCL 的 lattice 照片。（d1）初始 PCL 的四方 lattice 和（d2）变形后对应的 PCL 的 lattice 的 ESEM 照片（插图：变形前后的 PCL 纤维表面的 ESEM 照片）。（b1 、c1：置于 PAAm 前驱体溶 液中；b2、c2 和 d2：置于 PAAm 水凝胶基质中）。（e）大面积和低相对误差的变性后 PCL 的 lattice 的光学照片。（f）通过控制变形区域形成的“太极 ”图案。（g）UV 照射后引发 了 PCL 结构的变形和 PAAm 水凝胶化，最终 PCL 变形结构被包裹在透明并且高弹的 PAAm 水凝胶基体内。

　　图 3. 通过 UV 掩膜控制区域化变形。（a ）以“太极 ”形 UV 掩模为模型，控制区域变形的 示意图。（b） PAAm 前驱体溶液中的 PCL 四方 lattice 。（c）在 PAAm 水凝胶中变形后的 PCL 的 lattice 照片。（d）移除 UV 掩膜后的“太极 ”图案。（e）UV 掩膜示意图：白色区 域代表透明的聚对苯二甲酸乙二醇酯，可被紫外线穿透。灰色区域代表黑色聚对苯二甲酸乙 二醇酯，紫外线无法穿透。（f）变形后形成的图案。

　　吕坚教授，法国国家技术科学院（NATF）院士、香港工程科学院院士、香港高等研究院高 级研究员、香港城市大学工学院院长、香港城市大学机械工程系讲座教授、国家贵金属材料 工程研究中心香港分社理事、先进结构材料中心主任。研究方向涉及先进结构与功能纳米材 料的制备和力学性能，机械系统仿真模拟设计。曾任法国机械工业技术中 (CETIM)高级研 究工程师和实验室负责人、法国特鲁瓦技术大学机械系统工程系系主任、法国教育部与法国 国家科学中心（CNRS）机械系统与并行工程实验室主任、香港理工大学机械工程系系主任、 讲座教授、兼任香港理工大学工程学院副院长、香港城市大学副校长。曾任法国、欧盟和中

　　国的多项研究项目的负责人，并与空客、EADS、宝钢、安赛乐米塔尔、AREVA、ALSTOM 、 EDF、ABB 、雷诺、标致等世界五百强公司有合作研究关系或为它们进行科学咨询工作。曾 任欧盟第五框架科研计划评审专家；欧盟第六框架科研计划咨询专家；中国国家自然科学基 金委海外评审专家，中科院首批海外评审专家，中科院沈阳金属所客座首席研究员，东北大 学、北京科技大学、南昌大学名誉教授，西安交通大学、西北工业大学、上海交通大学和西 南交通大学顾问教授，上海大学、中山大学、中南大学等大学客座教授，中科院知名学者团 队成员，2011 年被法国国家技术科学院（NATF）选为院士，是该院近 300 位院士中首位华 裔院士。2006 年与 2017 年分别获法国总统任命获法国国家荣誉骑士勋章及法国国家荣誉军 团骑士勋章，2018 年获中国工程院光华工程科技奖。已取得 34 项欧、美、中专利授权，在 本领域顶尖杂志 Nature（封面文章）、 Science 、Nature Materials 、Nature Chemistry 、Nature Water 、Science Advances 、Nature Communications 、Materials Today 、Advanced Materials 、 Advanced Science 、JACS 、PRL 、Angew 、Chem. 等专业杂志上发表论文 480 余篇，引用 3 万 6 千余次（Google Scholar）。