Разработка особенно актуальна на фоне избытка серы, образующейся как побочный продукт нефтепереработки. По данным Геологической службы США, мировое производство серы в 2024 году достигло 85 млн тонн. Это усиливает интерес к технологиям переработки этого ресурса в полезные материалы.
Одним из таких направлений стали так называемые «серные пластмассы», которые рассматриваются как перспективный материал замкнутого цикла. Они позволяют превращать промышленные отходы в функциональные продукты с высокой добавленной стоимостью, одновременно снижая нагрузку на окружающую среду.
Серосодержащие полимеры обладают уникальными свойствами. Эти материалы способны пропускать инфракрасное излучение, что делает их пригодными для оптики и сенсорных систем, а также эффективно связывать тяжелые металлы, что могло бы пригодиться в очистке воды и экологических технологиях.
Однако ранее их использование в 3D-печати было ограничено из-за жесткой внутренней структуры и низкой текучести. Исследователи решили эту проблему, создав полимерную сеть на основе серы с низкой степенью сшивания, что позволило легко экструдировать материал и формировать сложные трехмерные конструкции.
Благодаря точной настройке состава ученые реализовали 4D-печать с эффектом памяти формы. Напечатанные структуры самостоятельно меняют форму под воздействием тепла или света.
Кроме того, всего за восемь секунд облучения ближним инфракрасным лазером запускается процесс химической сварки — внутренние связи временно разрываются и восстанавливаются, прочно соединяя компоненты без клея. Это позволяет собирать из напечатанных элементов сложные 4D-конструкции.
Используя свою технологию, ученые создали мягких роботов размером менее одного сантиметра. За счет добавления 20% магнитных частиц такие устройства смогли автономно двигаться, реагируя на внешние магнитные поля. При этом вся система пригодна к переработке — после использования материал можно расплавить и повторно использовать. Технология может быть полезна для устойчивого производства и будущих решений в мягкой робототехнике.
