项目背景

PDMS(polydimethylsiloxane) ，聚二甲基硅氧烷的英文缩写：因其成本低，使用简单，同硅片之间具有良好的粘附性，而且具有良好的化学惰性等特点，成为一种广泛应用于微流控等领域的聚合物材料。PDMS作为一种高分子有机硅化合物，通常被称为有机硅。具有光学透明，且在一般情况下，被认为是惰性，无毒，不易燃。聚二甲基硅氧烷（PDMS)是最广泛使用的硅为基础的有机聚合物材料。

而PDMS膜（也叫硅橡胶膜）具有很高的气体透过性、对挥发性有机化合物的良好选择性、热稳定性、化学稳定性、生物相容性、成本较低廉等多方面优点，在气体分离、渗透汽化、渗透萃取、膜生物反应器等方面已经得到实际应用或正在显示广泛的应用前景，是迄今为止研究最多的分离膜材料之一。

随着PDMS膜技术越来越成熟，企业对膜的厚度以及精度也要求的越来越高，薄厚程度直接影响着企业的产品竞争力。

项目合作单位

①项目需求方：大连某材料公司

②技术对接平台：

③技术提供方：广东某材料研究所

大连某材料公司之前找过多家单位想制备厚度小于10微米的PDMS薄膜，由于设备要求高，模具难度大一直没有成功。所以寻求制备技术稳定高效，薄膜厚度小于10um,厚度均匀、韧性好、无气泡及孔隙，洁净度高、杂质含量少的膜开发技术，就成了企业一直急需解决的问题。但由于地域局限性的原因，一直找不到合适的技术方法以及合适的技术单位共同合作。

后来通过在贤集网平台发布此技术问题，经贤集网短时间的牵线搭桥，终于对接到了广东一家材料研究所，该研究所有十几年这方面的经验，能根据企业的具体要求做出所能符合10um的PDMS膜，使需求方的产品技术水平迅速赶上了国际一线的水平。

项目内容

PDMS 10um超薄膜制备技术

项目合作过程

由贤集网技术服务平台根据需求方公司所发布的技术难题寻找拥有成熟技术水平的研发单位；由对接到的广东某材料研究所先初步与需求方企业接洽，了解最详细的需求指标。再根据PDMS超薄膜的详细指标去研发；材料研究所研发的样品提交给需求方企业，经过详细的考察，确认已经达到需求方所提出的10um的薄度，且技术和产品各方面都比较稳定和成熟。双方同意合作，并且签订合作协议。

宾夕法尼亚州立大学成功使用混合的PDMS人造橡胶和各种常见的硅基有机聚合物，3D打印出复杂的几何结构。3D打印的PDMS具备优异的拉伸强度，可用于PDMS的模塑或浇注。

从一般意义上讲，使用3D打印来进行铸造和制模，其最大优点是可以实现复杂的形式，形成具有复杂的内外部几何形状，这些形状不能通过将液体材料倒入模具中复制出来。

并不是所有的3D打印产品都比传统工艺制造的产品更强大、更坚固，然而有时候，通过对增材制造工艺进行适当的调整，由给定材料制成的3D打印部件可以比由相同材料制成的传统部件更坚固。比如，通过结合两种PDMS人造橡胶，就可以改善其机械特性和生物粘附性。

通过将Sylgard 184与另一种PDMS人造橡胶SE 1700混合，利用材料的剪切稀化的特性来降低粘度并进行3D打印。工作人员Ozbolat表示：“我们打印的可行性进行了优化，以控制原始模型的挤出和仿真度。

显示剪切变稀的材料是非常适合3D打印的，因为它们的粘度波动正好适合3D打印设备：材料具有足够的粘性，可以静置在喷嘴中而不会像水一样滴落，但是在施加压力时能够整齐地从喷嘴挤出。挤出后会变得更加粘稠，使它能够维持复杂的形状，不塌陷。

生物粘附测试包括从美国国立卫生研究院3-D Print Exchange获得的各种3D模型，包括鼻子等各种3D打印身体模型。其可在没有支撑结构的情况下进行3D打印，且可以打印空心模型。

测试发现，这些结构十分准确，几乎没有畸形。这是因为3D打印机使用了微米尺寸的针头，可以去除粘性材料中的所有气泡。而且3D打印的PDMS鼻子也具有非常优异的机械性能。 Ozbolat表示：“通过比较模塑或铸造PDMS和3D打印PDMS的机械特征，我们发现打印材料的拉伸强度要好得多。”

因此，打印PDMS比模塑PDMS强度更高。此外，打印的PDMS还可用于生物领域、导电材料制成的功能性器件和复杂材料结构。

近日，来自宾夕法尼亚州立大学的研究人员已经成功使用PDMS弹性体混合物3D打印复杂几何形状，各种常见的硅基有机聚合物。3D打印的PDMS具有优异的拉伸强度，可用于模塑或浇注PDMS。

从一般意义上讲，3D打印区别于铸造和模制上的最大优点是可以实现复杂的形状，如形成具有复杂的内部和外部几何形状的物体，这些形状不能通过将液体材料倒入模具中来复制。

然而，通过对增材制造工艺进行一些调整，由给定材料制成的3D打印部件可以比由相同材料制成的传统制造的部件更坚固。宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员在寻求优化用于3D打印的PDMS（聚二甲基硅氧烷或硅树脂）方面刚刚取得类似的成就。它通过结合两种PDMS弹性体来实现，从而改善了机械特性和更好的生物粘附性。

有时用于制造像芯片实验设备和3D细胞培养平台等，PDMS仍然是最普通的产品：耐热硅胶刮刀等厨具。但是，虽然像刮刀这样的简单形状的物体可以用成型设备制造，但是有时像芯片实验室（lab-on-a-chip）设备这样的微小物体需要更微妙的制造方法。

模塑或铸造PDMS还有其他缺点。根据宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学及生物工程副教授Ibrahim T. Ozbolat的说法，铸造或微成型“产生的材料力学性能较弱，细胞粘附力也较弱”。这意味着研究人员经常使用细胞外蛋白如纤连蛋白，以使细胞粘附。

但这并不意味着工程师应该转向3D打印来处理他们的PDMS，因为材料并不总是具有合适的挤出特性。例如PDMS的弹性体，Sylgard 184，在3D打印中不够粘稠：它像水一样从喷嘴流出，形成水坑。那么你如何使它进行3D打印？

通过将Sylgard 184与另一种PDMS弹性体SE 1700混合，宾州州立大学的研究人员能够使混合物进行3D打印，利用材料的剪切稀化特性，在剪切应变下降低粘度的过程。Ozbolat说：“我们对打印适性进行了优化，以控制打印的原始图案的挤出和保真度。”

显示剪切变薄的材料对于3D打印来说是非常好的，因为它们的粘度波动正好适合3D打印设备：材料具有足够的粘性，可以静置在喷嘴中而不会像水一样滴落，但是在施加压力时能够整齐地从喷嘴挤出。在外面的时候它会变得更加粘稠，使它变成复杂的形状且不会塌陷。大多数材料的行为方式相反，在受到剪切压力时变得更粘稠。

宾夕法尼亚州立大学的研究不仅仅是使PDMS可打印。研究人员还希望测试打印材料的生物粘附性，看看它是否可用于细胞培养等生物学应用。一般来说，情况并非如此，因为模塑的PDMS具有光滑的表面并且也是疏水性的，使其成为坚硬的细胞材料则不太可能。但是使用3D打印的PDMS结构，研究人员可以创建不光滑的裂缝，非常适合细胞使用。

生物粘附测试涉及使用从美国国立卫生研究院获得的对包括人鼻子在内的各种身体部位进行3D打印的3D模型。鼻子可以在没有支撑结构的情况下进行3D打印，并且包括空心腔。

研究人员通过MRI扫描仪检查他们的3D打印鼻子，发现结构准确，几乎没有畸形。这要归功于在3D打印机中使用的微米尺寸的针头，其用于去除粘性材料中的任何气泡。令人兴奋的是，3D打印的PDMS鼻子也展现出有用的机械性能。Ozbolat说：“当我们比较模塑或铸造PDMS和3D打印PDMS的机械特征时，我们发现打印材料的拉伸强度要好得多。”

对于结论，相信用户都已猜到。打印的PDMS可以比模塑的PDMS更强，可用于生物应用，由导电材料制成的功能性器件和多材料结构。

此外，参与该项目的其他研究人员包括Veli Ozbolat、Madhuri Dey、Bugra Ayan、Adomas Povilianskas和Melik C. Demirel。