力致发光（ML）材料能够将机械刺激直接转化为可视化光信号，具有自驱动、实时响应和空间可视化等优势，在冲击检测、应力成像和结构监测等领域展现出重要应用潜力。然而，现有ML材料多为薄膜或平面结构，面临小应变下发光弱，且难以兼顾复杂三维构型与冲击防护的困境。因此，如何突破传统平面形态和制造工艺限制，实现复杂、高保真三维ML结构的精准构筑，并进一步融合力学防护与可视化感知功能，成为拓展ML材料工程应用亟待解决的关键问题。
针对这一挑战，中国科学技术大学龚兴龙教授团队提出了一种基于牺牲模具辅助3D打印的结构制造策略，通过构建可溶性牺牲模具，实现了柔性与刚性力致发光复合体系复杂三维结构的高保真制备，突破传统脱模与直接墨水写入技术（DIW）的制造局限，展现出优异的结构设计自由度和材料体系通用性。在此基础上，通过DIW填充PDMS构建负泊松比力致发光结构，利用骨架与填充相协同变形提升应力传递与能量耗散，实现冲击防护与实时可视化监测于一体。相关成果以“Versatile sacrificial mold-assisted 3D printing for high-performance mechanoluminescent structures toward impact protection and visualization monitoring”为题，发表在国际知名期刊《Advanced Materials》上。论文第一作者为中国科学技术大学工程科学学院博士研究生段世龙，通讯作者为龚兴龙教授、桑敏特任副研究员和刘帅博士后。该工作得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、中国博士后科学基金和安徽省自然科学基金的资助与支持。
间接3D打印为复杂结构和难打印材料的制造提供了新路径，其通过预制牺牲模具并填充目标材料，突破了热固性聚合物等材料直接打印在流变调控和成型方面的限制。基于此，研究团队采用FDM打印水溶性PVA牺牲模具，实现了柔性与刚性力致发光体系复杂三维结构的高保真制造，并可根据需求灵活构筑多孔、薄壁、空心及TPMS等多种复杂构型。该策略不仅提高了力致发光结构的成型精度和设计自由度，还拓展了不同材料体系与结构形式的适用范围，为复杂力致发光结构的精准制造、性能调控与功能集成提供了新的技术路径。
为揭示力致发光与材料力学行为之间的关联，团队结合动态力学测试和DIC技术，建立了应变场与力致发光场的定量关联，揭示了应变速率和局部应力集中对力致发光响应的调控机制。基于此，通过多孔结构放大局部应力与应变，实现了力致发光增强，并结合PDMS填充提升结构稳定性，实现了高灵敏度、耐久性与损伤可视化监测的协同提升。
图1 NPR-ML/PDMS的冲击可视化及发光增强机制
在此基础上，团队进一步将DIW技术与负泊松比结构设计相结合，通过PDMS填充构建三维NPR-ML/PDMS复合结构。负泊松比骨架与柔性填充相协同变形，增强了应力传递与能量耗散，使结构兼具优异的冲击防护能力与机械稳定性。同时，该结构可产生强烈且均匀的力致发光响应，并随冲击能量变化实现定量输出，从而将冲击能量耗散与实时可视化监测融为一体。该结构为智能防护材料同时实现“承载防护”与“感知监测”提供了新的设计思路。
原文链接：Duan SL, Sang M*, Liu S*, Nie TX, Hu ZH, Wang PR, Yu JJ, Zhang ZT, Wang Y, Gong XL*, Versatile sacrificial mold-assisted 3D printing for high-performance mechanoluminescent structures toward impact protection and visualization monitoring [J]. Advanced Materials (2026): e74840.https://doi.org/10.1002/adma.74840
