组 长：王晓龙
组 员：刘志鲁，张晓琴，郭玉雄
定 位：通过拓扑结构和功能材料设计制备及协同作用，利用增材制造等先进技术构筑仿生摩擦、自润滑表界面材料系统，发展仿生摩擦、自润滑、生物医用等材料及智能制造技术，形成功能化增材制造仿生摩擦表界面应用基础研究团队。
团队简介：
团队2019年正式组建。现有职工6人，其中研究员1人（王晓龙）、助理研究员4人（姬忠莹、郭玉雄、郭蕊、鲁耀钟、吴涛）；研究生15人。主要从事3D打印摩擦学及器件研究。承担和完成了20多项基础和应用基础研究课题，包括国家自然科学基金面上项目、青年基金，西部之光，甘肃省自然科学基金项目和企业委托项目等。在国内外专业期刊发表SCI及EI论文120余篇（详情请参考
orcid.org/0000-0003-4210-840X或王晓龙）；申请专利50余件，获授权专利30余件，其中授权美国专利2件。
研究与成果介绍：
(1) 表面功能化3D打印及应用: 通过打印件后表面接枝聚合物刷改性处理，我们实现了3D打印三维复杂结构表面功能化改性，发展了从超疏水到超亲水、从抗细菌粘附到生物相容、从有机到金属化等的表面性能可调控三维结构（图1a）。相应工作发表后被Chem. Commun.和ACS Appl. Mater. Interfaces选为杂志封面，并被Chemistry World、ChemistryViews、3D Printer World等媒体分别以All-in-one 3D printing、All-purpose 3D Printer、Holding Water in a Sieve-A 3D Printed Superhydrophobic Sphere等为题进行了亮点报道。在这些应用基础研究过程中，我们发展了新型的料池切换系统和直写挤出喷嘴处UV辅助光固化技术和装备（图1b,c），解决了光固化和直书写3D打印技术对墨水粘度等流变学性能的依赖难题，为多材料、多段固化3D打印实现高精度、高性能聚合物三维结构零部件制造提供了技术平台。
|
|
|
|
图1. (a) 表面功能化3D打印；(b) DLP多材料切换装置示意图；(c)紫外辅助固化增材制造装置 |
图2. DLP (a)及UV-DIW (b) 3D打印聚酰亚胺及成形件 |
(2) 高性能工程塑料增材制造专用光敏树脂设计及应用研究:针对光固化3D打印高性能材料方面的需要，结合固体润滑国家重点实验室应用研究方向，我们持续进行了3D打印聚酰亚胺、聚醚醚酮和双马来酰亚胺光敏材料的研发，并取得了较好的进展。已发展了DLP 3D打印聚酰亚胺、DIW 3D打印聚酰亚胺、DIW双马来酰亚胺及相应复合材料等（图2）。相关材料与工程物理研究院、哈尔宾工业大学、江南大学等合作在高性能组件设计与快速制造领域应用和推广。
(3) 仿生取向摩擦表界面构筑及性能研究:取向结构表面是自然界广泛存在的一类生物表面，它是生物适应外部环境演变进化的结果，许多生物行为如捕食、移动、行走、繁衍等均与之密切相关。借助3D打印先进制造技术在复杂结构设计与制造的优势，我们进行了较系统的3D打印仿生取向摩擦表界面构筑与性能研究，分别制备了仿马面鱼皮取向钩状结构、仿麦芒取向尖刺结构等，并对其各向异性摩擦性能与调控和定向驱动器件构筑进行了系统研究，为仿生驱动器件、机器人等领域应用提供了理论和技术支持。具体如下：1）3D打印构筑仿马面鱼皮取向结构表面并对其各向异性摩擦和定向驱动性能进行了系统研究（图3a），实现了仿生取向结构表界面摩擦行为可逆调控（图3b）；2）3D打印构筑仿麦芒取向结构表面，实现了各向异性摩擦致定向驱动（图3c）。
图3. 3D打印仿生摩擦表界面及其定向驱动和调控。(a, b) 仿马面鱼皮及其驱动与调控；(c)仿麦芒 图4. 3D打印纸基(a)、凝胶(b)智能形变/驱动器件
(4) 3D打印智能形变/驱动器件研究:智能变形/驱动材料是许多高附加值器件的核心部件，近年来其在许多高科技领域如生物医疗、软机器人、传感器和体内手术/监测设备等方面引起了极大的研究兴趣。在应用中，材料受激将各种能量（包括热、光、电等）转换为机械能从而实现其控制、抓取、运输等功能。此类材料的受激形变行为通常需要与复杂的宏观三维形状相结合，才能有效地驱动器件运行；然而挤出、注塑等传统的成型加工技术须针对特定的部件形状预先设计并制造模具，不仅费时费力，甚至有些根本难以实现，因此，难以满足部件个性化形状定制的要求。借助3D打印在设计与自由制造方面的优势，我们进行了3D打印智能形变/驱动器件研究，并取得了一定的进展。1）借助3D打印技术可实现自由设计的优点，设计了不同材料双层结构致动器。制备了在近红外(NIR)照射下具有光热效应的多壁碳纳米管/聚乳酸(MWCNTs-PLA)复合物，并通过双螺杆挤出制备复合线材，结合融入沉积成型(FDM)工艺的3D打印技术构筑了纸基双层结构的形状变化光制动器，如图4a所示。2）本工作利用3D打印技术在构筑微结构方面的优势，通过在打印器件上的不对称微结构产生不对称的溶胀力，从而使打印水凝胶器件发生弯曲与螺旋等变形行为(图4b)。
(5) 新型增材制造材料（凝胶、硅胶、陶瓷等）研发:3D打印发展的关键在材料。尽管目前应用在3D打印领域的材料已有1000余种，但与传统制造业相比还远远不够；而且，我国许多材料如尼龙、陶瓷、钛合金等金属粉末和光敏树脂等基本依赖进口，严重影响了我国3D打印产业的健康发展。突破钛合金、高温合金和耐高温高强度工程塑料等增材制造专用材料已被列入我国《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》。基于此，我们今年新部署了凝胶、硅胶、弹性体和陶瓷等新型增材制造专用材料研发，并取得了一定的进展（图5）。
图5. 新型增材制造材料
代表论著：
1. Desheng Liu, Pan Jiang*, Yixian Wang, Yaozhong Lu, Jiayu Wu, Xin Xu, Zhongying Ji, Chufeng Sun, Xiaolong Wang*, Weimin Liu*, Engineering Tridimensional Hydrogel Tissue and Organ Phantoms with Tunable Springiness, Advanced Functional Materials, 2023, 33, 2214885.
2. Jiayu Wu, Zhixing Zhang, Zhenyuan Wu, Desheng Liu, Xingxing Yang, Yixian Wang, Xin Jia*, Xin Xu, Pan Jiang*, Xiaolong Wang*, Strong and Ultra-Tough Supramolecular Hydrogel Enabled by Strain-Induced Microphase Separation, Advanced Functional Materials, 2023, 33, 2210395.
3. Yang Lyu, Rui Guo, Zhengwei Lin, Fei Zhai, Tao Wu, Pan Jiang, Zhongying Ji*, Shuanhong Ma, Xinyan Shi, Xiaolong Wang*, Ion Clusters-Driven Strong and Acid/Alkali/ Freezing-Tolerant Conductive Hydrogels for Flexible Sensors in Extreme Environments, Advanced Functional Materials, 2023, 33, 2306300.
4. Desheng Liu, Yufei Cao, Pan Jiang*, Yixian Wang, Yaozhong Lu, Zhongying Ji, Xiaolong Wang*, and Weimin Liu*, Tough, Transparent, and Slippery PVA Hydrogel Led by Syneresis, Small, 2023, 19, 2206819.
5. Pan Jiang, Zhongying Ji, Desheng Liu, Shuanhong Ma, Xiaolong Wang*, Feng Zhou*, Growing Hydrogel Organ Mannequins with Interconnected Cavity Structures, Advanced Functional Materials, 2022, 32, 2108845.
6. Tao Wu, Yaozhong Lu Xingxing Yang, Desheng Liu, Zhongying Ji*, Xiaolong Wang*, Feng Zhou, Qihua Wang, Weimin Liu, Vat photopolymerization 3D printing of oil filled cyanate ester for one-step fabricating self-lubricating parts, Composites Part B: Engineering, 2023, 266, 110996.
7. Xingxing Yang, Tao Wu, Desheng Liu, Jiayu Wu, Yixian Wang, Yaozhong Lu, Zhongying Ji, Xin Jia*, Pan Jiang*, Xiaolong Wang*, 3D printing of release-agent retaining molds, Additive Manufacturing, 2023, 71, 103580.
8. Yixian Wang, Desheng Liu, Chengshuo Wang, Jiayu Wu, Xin Xu, Xingxing Yang, Chufeng Sun*, Pan Jiang*, Xiaolong Wang*, 3D printing of octopi-inspired hydrogel suckers with underwater adaptation for reversible adhesion, Chemical Engineering Journal, 2023, 457, 141268.
9. Jiayu Wu, Zhenyuan Wu, Huajing Zeng, Desheng Liu, Zhongying Ji, Xin Xu, Xin Jia*, Pan Jiang*, Zengjie Fan*, Xiaolong Wang*, and Feng Zhou, Biomechanically Compatible Hydrogel Bioprosthetic Valves, Chemistry of Materials, 2022, 34, 6129-6141.
10. Zhongying Ji, Shiyu Qin, Shuanhong Ma, Xin Jia, Xiaolong Wang*, Feng Zhou, Bio-inspired smart surface to achieve controllable locomotion through adjustable anisotropic friction, Friction, 2022, 10, 1180-1191.
11. Desheng Liu, Pan Jiang, Xiaochun Li, Jianxi Liu, Lincheng Zhou*, Xiaolong Wang*, Feng Zhou, 3D printing of metal-organic frameworks decorated hierarchical porous ceramics for high-efficiency catalytic degradation, Chemical Engineering Journal, 2020, 397, 125392.
12. Pan Jiang, Peng Lin, Chang Yang, Hongling Qin, Xiaolong Wang*, Feng Zhou, 3D Printing of Dual-Physical Cross-linking Hydrogel with Ultrahigh Strength and Toughness, Chemistry of Materials, 2020, 32, 9983-9995.
13. Xiaolong Wang, Hong Hu, Youde Shen, Xuechang Zhou and Zijian Zheng*, Stretchable Conductors with Ultrahigh Tensile Strain and Stable Metallic Conductance Enabled by Prestrained Polyelectrolyte Nanoplatforms, Advanced Materials, 2011, 23, 3090.
14. Xuechang Zhou, Xiaolong Wang, Youde Shen, Zhuang Xie and Zijian Zheng*, Fabrication of Aritrary Three-dimensional Polymer Structures by Rational Control of the Spacing between Nanobrushes, Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50, 6506.
15. Xiaolong Wang, Xinjie Liu, Feng Zhou, Weimin Liu, Self-healing Superamphiphobicity, Chemical Communications, 2011, 47, 2324.
