2026年5月11日，来自江南大学和江达隔振器有限公司的研究人员，开发了一种3D打印硅橡胶晶格结构，旨在防止真菌滋生，同时吸收海洋环境中的振动和反复压缩。这项研究成果解决了以往研究方法面临的材料权衡难题：表面涂层磨损后抗菌效果会降低，而较高的填料含量虽然可以提高抗真菌性能，但会降低硅橡胶在缓冲应用中所需的柔韧性。相关研究以题为“Antifungal and cushioning elastomerlattices
via additive manufacturing/通过增材制造技术制备抗真菌和缓冲弹性体晶格”的论文发表在《Advanced
Composites and Hybrid Materials》期刊上，由王振宇、宋欣宇、张涛、陈鹏、华晨曦、刘宇和程昌利共同撰写。
增材制造是这项研究的核心，因为它使研究人员能够控制材料的成分和内部几何结构。传统的发泡方法往往会产生尺寸和分布不规则的孔隙，导致性能难以预测和优化。研究团队使用硅橡胶和六方氮化硼（hBN）配制了一种可打印的复合油墨，然后通过配备250
μm喷嘴的定制龙门式3D打印系统进行沉积。光学显微镜和微型CT图像显示，油墨中形成了有序的丝状结构、稳定的层间结合以及预期晶格结构的保持。流变学测试也确定了加工极限：hBN含量超过5
wt%的油墨粘度过高，无法可靠挤出，因此1-5 wt%是可行的成分范围。这一加工窗口至关重要，因为它表明可打印性和抗真菌性能之间的平衡是设计问题的一部分，而不是事后考虑的因素。
△hBN/SR弹性体复合材料的工程化晶格结构。图片来自《先进复合材料与混合材料》。
抗真菌测试结果显示出最明显的性能差异。在ASTM
G21标准条件下，使用五种真菌进行测试，不含hBN的硅橡胶在28天后出现可见的菌落，包括黑点和致密的白色菌丝网络，真菌生长等级为2。随着hBN填料含量的增加，含hBN的硅橡胶对真菌生长的抑制效果更佳。当hBN含量为5
wt%时，真菌覆盖率降至0.8%以下，材料达到0级，这意味着在标准下未观察到真菌生长。几何形状也会影响性能。对于给定的hBN浓度，较大的丝间距会增加真菌覆盖率，尤其是在填料含量较低的情况下，因为更大的暴露表面积使真菌更容易附着。在第二次测试中，使用富含碳的蛋白胨-葡萄糖-琼脂培养基加速真菌生长，不含hBN的硅橡胶迅速降解，而含5
wt% hBN的硅橡胶在七天内保持白色外观，且未出现内部真菌渗透。
本研究将真菌抗性与两个可测量的效应联系起来。首先，hBN提高了表面疏水性：纯硅橡胶的水接触角为106°，而添加5
wt%
hBN后，水接触角增加到121°，晶格结构进一步提高到124°。这种更强的疏水性表面减少了真菌孢子的渗透。其次，显微镜数据表明真菌-材料界面处存在生化和物理损伤。荧光成像检测到真菌与hBN填充复合材料界面处存在活性氧，而纯硅橡胶中未检测到；扫描电镜图像显示hBN材料上的菌丝表面遭到破坏。作者认为，hBN通过氧化应激和细胞壁损伤，既提供了疏水屏障，又发挥了直接的抗真菌作用。
△hBN/SR弹性体晶格的抗真菌性能。图片来自《先进复合材料与混合材料》。
力学测试表明，相同的晶格结构也起到了缓冲作用。压缩曲线包含一个初始弹性区、一个较长的应力平台区和一个应力快速增加的最终阶段。作者将这个宽阔的平台区归因于有序晶格单元的弹性屈曲，从而形成了一个与能量吸收相关的近零刚度区。有限元模拟和原位观察均支持这一机制。在重复加载下，该结构仍保持了较高的耐久性：含有5
wt% hBN且丝间距为0.6
mm的晶格在70%应变下经过10,000次压缩-释放循环后，仍能保持最大应力的90%以上，且测试后的微型CT分析未发现任何结构缺陷。
振动测试进一步拓展了压缩以外的振动性能。正弦扫描结果表明，与固体参考材料相比，引入晶格结构使隔振频率向左偏移，从而拓宽了有效隔振范围。随机振动测试结果与振动方向相关。在一种条件下，X
方向和 Y 方向的隔振效率分别达到81.9% 和 91.2%。在另一种条件下，这些数值分别上升至92.5% 和
91.4%。在两种测试条件下，特定结构EL-3-0.6 的隔振效率分别比对应的固体材料高出 30.0% 和 11.3%。在 -20
°C、25°C（相对湿度 80%）和 150 °C 下进行的额外测试表明，所有三个测试方向的隔振效率均高于
80%。即使在富碳介质中暴露于真菌后，隔振性能在测试期间也仅略有变化。
△对hBN/SR弹性体晶格的抗真菌机制进行研究。图片来自《先进复合材料与混合材料》。
综上所述，研究结果描述了一种利用可控结构实现材料性能权衡的3D打印弹性体晶格：在不牺牲缓冲和隔振所需的柔韧性和阻尼性能的前提下，添加足够的功能性填料以抑制真菌生长。本研究并非将防霉保护和机械性能作为独立的设计问题，而是将它们整合到一个单一的打印结构中，旨在应用于船舶设备和其他暴露于湿度、温度变化和持续振动环境中的系统。
来源：南极熊
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