폐기 원소 황(waste elemental sulfur)으로부터 유도된 형상-프로그램가능 폴리머 네트워크는 4D 프린팅 및 소프트 로보틱스와 같은 다양한 응용 분야에 대해 큰 잠재력을 지닌다. 그러나 이러한 네트워크의 가교화된 특성으로 인해 소프트 로봇용 복잡한 기하를 3D 프린팅하기가 어렵다. 본 연구에서는 폴리(페닐렌 폴리설파이드) 네트워크(poly(phenylene polysulfide) networks, PSNs) 및 이들의 자성 입자 복합체(magnetic particle composites, MPSNs)를 대상으로, 다기능 소프트 로봇을 제조하기 위한 프로그래머블 형상-변형 능력을 갖춘 폐루프(closed-loop) 4D 프린팅 전략을 보고한다. 느슨하게 가교화된 PSN 내부의 동적 S─S 결합은 전단-박화(shear-thinning) 거동을 부여하여, PSN과 MPSN 모두를 복잡한 구조로 핫멜트 압출(hot-melt extrusion)할 수 있게 한다. 형상-프로그래밍 이후, 3D 프린팅된 PSN 및 MPSN 구조는 열 또는 빛에 의해 유도되는 형상 복원 특성을 보이며, PSN 계열의 서로 다른 유리전이온도(glass transition temperatures)에 의해 좌우되는 공간 선택적 형상-변형을 위한 모듈형 조립을 가능하게 한다. 이러한 아키텍처는 새로운 형태로 손쉽게 재프린팅될 수 있어, 폐루프이면서도 지속가능한 4D 프린팅을 입증한다. PSN 복합체가 제공하는 다중 자극 반응성과 용매 내성 덕분에, MPSN 캡슐은 시약이 포함된 용액에서 필요할 때 사용할 수 있는 촉매 방출형 자성 교반 바(catalyst-releasing magnetic stirring bar) 역할을 수행한다. 즉, 설정된 온도에서 촉매를 자율적으로 방출하여 카바메이트 합성을 촉진한다. 4D 프린팅이 가능한 MPSN은 적응형 형상-변형 및 동적 구동뿐 아니라 차세대 소프트 로보틱스 응용에서의 자율적 작업 수행을 위한 지속가능한 플랫폼을 제공한다.

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