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氢氧化镁在 3D 打印材料中的应用:创新场景再拓展

  氢氧化镁凭借碱性调节、镁离子缓释、可改性等特性,在3D打印材料领域的应用不断突破,目前主要集中在生物医学、防腐仿生材料、锂离子电池材料三大创新场景,通过与不同基材复合及工艺优化,解决了传统材料的诸多痛点,以下是具体拓展应用介绍:

  生物医学领域:3D打印骨修复支架的核心改良材料

  优化聚乳酸基骨支架性能:聚乳酸(PLA)是3D打印骨支架的常用材料,但存在降解慢、降解产物呈酸性易引发炎症、生物矿化能力弱等问题。将氢氧化镁纳米颗粒作为填充剂,通过熔融沉积建模技术制备PLA/氢氧化镁复合支架时,添加5wt%氢氧化镁可使支架的拉伸强度提升20.50%、抗压强度提升63.97%;其碱性降解产物能中和PLA的酸性产物,PLA/20%氢氧化镁支架28天失重率达15.40%,远高于纯PLA的0.15%。同时镁离子持续释放超过28天,可促进骨髓间充质干细胞的黏附、增殖和成骨分化,还能推动磷灰石沉积以提升支架生物矿化能力。

  制备磷酸镁多孔修复支架:氢氧化镁可作为基料之一,分散于明胶、壳聚糖等高分子聚合物溶剂中制成浆料,经3D打印挤出成型得到多孔生料,再经磷酸盐溶液浸泡处理后,制成磷酸镁物相的骨修复支架。这类支架孔径约0.4mm,多孔结构能为骨细胞生长提供空间,其浸提液对小鼠成骨细胞无毒性,细胞在支架上可正常附着生长,可个性化定制用于骨骼缺损填充。此外,该支架还可搭配青霉素、骨形态发生蛋白等辅助试剂,进一步提升修复效果。

  辅助提升复合支架生物活性:在聚己内酯(PCL)等聚合物3D打印骨支架中加入氢氧化镁,不仅能加快支架降解速度以匹配骨愈合节奏,还能增强成骨细胞的代谢活性与增殖能力。其形成的连通孔隙结构,可保障新骨生长所需的血管生成空间,为骨组织再生提供营养输送通道,解决了传统PCL支架生物功能性不足的问题。

  防腐与仿生领域:3D网状功能薄膜:中科院青海盐湖所通过电化学结构诱导技术,突破传统制备瓶颈,利用3D打印相关的结构可控构建理念,制得蜂巢状、毛衣状等多种3D网状氢氧化镁薄膜。这种薄膜力学性能优良,与基底结合力强,经表面改性后可具备超疏水特性,对金属基底的腐蚀防护效果高达99.9991%,可作为仿生防腐涂层通过3D打印技术精准涂覆于金属构件表面。该应用摆脱了传统氢氧化镁制备的反应体系束缚,拓展到船舶、机械等需要防腐的精密构件领域。

  新能源领域:锂离子电池3D电极相关材料:借助电化学结构诱导法,还能制备出中位径小至15纳米的超细纳米氢氧化镁颗粒,解决了传统工艺中该颗粒粒径难控、易团聚等问题。这种超细氢氧化镁可用于3D打印制备新型镁基锂离子电池的电极材料,通过镁基界面的“烷基链摇曳”设计,能显著提升电池的宽温域性能,让电池在不同温度环境下都保持稳定的充放电效率,为新能源领域3D打印定制化电极提供了新的材料选择。

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