瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员报道了一种3D打印弹性体，该材料兼具高抗断裂性和高抗疲劳性，解决了此前限制柔性材料在机器人、可穿戴电子和生物医学设备中应用的一个权衡问题。

这项由软材料实验室领导、发表在《科学进展》上的研究发现，性能最佳的版本，被称为双网络颗粒弹性体（DNGEs），其断裂韧性比相同化学成分的传统单网络和块体双网络弹性体高出15倍，抗疲劳性高出3倍。

DNGEs由刚性弹性体微粒通过较软的第二聚合物网络连接而成，

研究人员最初设计这种结构是为了使材料可挤出作为3D打印墨水，并具有精细可控的力学性能。

包括通讯作者Esther Amstad在内的团队发现，同样的架构也让材料能够反复耗散机械能而不累积永久性损伤，

研究指出这种组合非常罕见，因为抗断裂的弹性体通常会在重复应力下退化，而抗疲劳的弹性体则往往在过度拉伸下断裂。

「最初，我们的重点是改善可加工性，但一旦我们有了颗粒结构，我们就发现这些材料也非常坚韧，」EPFL软材料实验室负责人Amstad说。

「然后，我们意识到这种坚韧性很大程度上来自重复的能量耗散机制，材料能够反复吸收能量而不会不可逆地断裂。」

当拉伸时，DNGEs将机械应变从刚性微粒转移到它们之间的较软间隙区域，在那里聚合物链可以滑动和重排以耗散能量，而不是不可逆地断裂。

「说到底，两个不同的网络，一个由颗粒弹性体微粒组成，另一个由软弹性体组成，彼此分担机械应变，使材料整体更强，」Amstad解释说。

根据研究，颗粒结构还迫使裂纹通过较软的间隙区域沿着曲折路径而非直线路径扩展，从而减缓其生长并延迟失效。

研究人员利用该材料的可打印性，3D打印了局部成分变化的复合材料，包括一种纤维增强结构和一种受贻贝足丝纤维启发的芯壳设计，将刚度与通常仅在软质配方中才有的韧性和抗疲劳性相结合。

这些墨水使用商用3D打印机挤出。

团队现在正在努力用可生物降解和回收材料配制这些弹性体。

「我们的目标是在不牺牲力学性能的前提下，采用更可持续的材料，」Amstad说。

「通过扩大我们可以使用的材料范围，我们不仅可以减少DNGEs的环境足迹，还可以让任何拥有商用3D打印机的实验室都能更容易地获得它们。」