來自美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的科學(xué)家小組設(shè)計出了一種能夠制造完全液態(tài)結(jié)構(gòu)的3D打印方法。該技術(shù)使用特殊的3D打印機(jī)將“水線”沉積到硅油基底中，可用于構(gòu)建液體電子和化學(xué)合成。

眾所周知，3D打印不僅僅是通過沉積熔化塑料層來構(gòu)建一個多花瓶。正如勞倫斯伯克利國家實驗室的科學(xué)家所表明的那樣，該技術(shù)甚至可以延伸到完全由液體制成的打印結(jié)構(gòu)。

也就是說，通過將水線打印到硅油物質(zhì)中，他們已經(jīng)證明了在另一種液體內(nèi)3D打印液體管結(jié)構(gòu)的能力。在研究階段，科學(xué)家們已經(jīng)打印出直徑在10微米和1毫米之間的水線，并且創(chuàng)造了許多不同的結(jié)構(gòu)類型，包括長達(dá)幾米的復(fù)雜螺旋形和分枝形圖案。

正如勞倫斯伯克利國家實驗室的客座科學(xué)家、該技術(shù)的研究者Tom Russell解釋的那樣，3D打印液體結(jié)構(gòu)甚至能夠改變其形狀并適應(yīng)周圍環(huán)境。

他說：“這是一種新的材料，可以重新配置自身，并且可以定制到液體反應(yīng)容器中用于許多用途，從化學(xué)合成到離子輸送到催化。”

Russell通過與材料科學(xué)博士后研究員Joe Forth以及其他許多科學(xué)家合作以實現(xiàn)該項目。同時，其認(rèn)為液體3D打印技術(shù)可用于液體電子器件（柔性、可拉伸器件）以及化學(xué)合成。

對于后者，科學(xué)家們解釋說，打印管可以進(jìn)行“化學(xué)調(diào)整”并使分子流過它們，這可以提供一種新的創(chuàng)新方法來分離分子或?qū)ⅰ凹{米級構(gòu)建模塊”提供給化合物。

研究過程中，為了讓液體打印到液體中而不會變成液體，科學(xué)家們必須提出一些創(chuàng)新解決方案。其中之一是用特殊的肥皂樣物質(zhì)涂覆印花水管。更確切地說，水管被涂覆在納米粒子衍生的表面活性劑中，使得它們保持其形狀并防止它們分散成液滴。

所謂的“納米粒子超級膠囊”是通過將金納米粒子加入水中并將聚合物配體加入油中而制成的。當(dāng)兩種液體接觸時，金納米粒子和聚合物配體試圖彼此附著，但油和水保持分離。

當(dāng)水物質(zhì)沉積到油基中時，油中的配體附著到水中的單個納米顆粒上，最終形成納米顆粒超濾層。其結(jié)果是在油和水之間的玻璃狀穩(wěn)定層將水線保持在位。

“這種穩(wěn)定性意味著我們可以將水拉伸成管，而且它仍然是一個管，”Russell補(bǔ)充說。“或者我們可以將水塑造成一個橢球體，并且它仍然是一個橢球體。我們已經(jīng)使用這些納米粒子超級膠囊來打印持續(xù)數(shù)月的水管。”

為了實現(xiàn)新型液體打印工藝的自動化，研究人員通過安裝注射泵和液體擠出針來修改現(xiàn)成的3D打印機(jī)。然后，3D打印機(jī)被專門編程以將針插入油基并且以由3D模型確定的模式注入水。

“我們可以從針頭中擠出液體，并在三維空間中放置任何我們想要的水，”Forth解釋說。 “我們也可以用外力平衡材料，這會瞬間破壞超級膠囊的穩(wěn)定性并改變水線的形狀。這些結(jié)構(gòu)是無限可重構(gòu)的。”

據(jù)悉，創(chuàng)新的3D打印研究由能源部科學(xué)辦公室資助。該研究結(jié)果已于最近發(fā)表在“高級材料”雜志上。

審核編輯 黃昊宇