韩国化学技术研究院（KRICT）金东均博士、汉阳大学郑在伟教授以及世宗大学金永锡教授组成的联合团队，首次报道了一种基于富硫聚合物、可同时响应热、光和磁场的4D打印技术。相关成果发表在《Advanced Materials》期刊上。

在石油炼制等工业过程中，会产生大量元素硫作为副产品。根据美国地质调查局（USGS）在《2025年矿产商品摘要》中公布的数据，2024年全球硫产量约为8500万吨。如何将这种丰富却低附加值的工业副产物转化为高价值材料，已成为重要研究方向。

其中，“硫塑料”被视为一种极具潜力的解决方案。作为代表性的循环材料，它能够将废硫转化为高附加值聚合物，引起了科研和产业界的广泛关注。

硫塑料的关键优势

硫塑料具备多种独特性能。与传统塑料不同，它可以高效传输红外光，因此适用于红外成像镜头等光学元件。同时，硫塑料还能有效捕获重金属离子，可用于水处理和净化系统。

凭借这些特性，硫塑料被视为兼具环境友好与功能性的资源循环材料，一方面有助于解决工业硫废料问题，另一方面也支撑红外成像、水处理等先进应用领域的发展。

硫聚合物的4D打印工程化突破

尽管硫塑料性能优异，但其内部高度交联的网络结构导致流动性较差，难以直接用于复杂结构的3D打印，这在很大程度上限制了其工程化应用。

为解决这一难题，研究团队设计了一种“松散交联”的硫聚合物网络结构，使材料在保持必要强度的同时具备良好的流动性，能够顺利挤出并打印成复杂的三维结构。

通过精确调控聚合物中的硫含量以及交联网络的密度和结构，团队实现了具有形状记忆功能的4D打印：打印出的结构在受到热或光刺激时，可以在无需额外机械装置的情况下自主改变形状。

更进一步，研究人员利用近红外（NIR）激光实现了快速“化学焊接”。只需约8秒的NIR照射，就能触发材料内部化学键的暂时断裂与重新连接，使不同打印部件在无胶粘剂条件下牢固结合，从而像搭建乐高积木一样组装出复杂的4D结构。

自驱动软体机器人与闭环回收

在此基础上，团队通过在硫聚合物中掺入约20%的磁性颗粒，制备出尺寸小于1厘米的软体机器人。这些微型机器人无需外部电源即可实现自驱动运动。

依托材料的形状记忆特性与对磁场的响应能力，机器人可以在外加磁场的引导下完成多种复杂动作，为小型化、柔性化的软体机器人提供了新材料方案。

该技术的另一项重要特点是材料体系具备闭环制造能力：使用后的4D打印结构可以被熔化并重新作为打印原料使用，实现材料近乎100%的回收再利用，构建起完整的资源循环制造流程。

韩国化学技术研究院金东均博士表示，本研究首次将工业硫废料升级为可用于先进机器人系统的功能材料。具备自驱动能力且可完全回收的智能材料，有望成为未来软体机器人和自动化技术发展的关键支撑。