Дослідники розробили металевий гель з високою електропровідністю, який можна використовувати для друку тривимірних (3D) твердих об’єктів при кімнатній температурі. Стаття «Металеві гелі для провідного 3D і 4D друку» була опублікована в журналі Matter.
«3D-друк зробив революцію у виробництві, але ми не знаємо про попередні технології, які дозволяли друкувати тривимірні металеві об’єкти при кімнатній температурі за один крок», — говорить Майкл Дікі, співавтор статті про роботу та Каміллу. & Генрі Дрейфус, професор хімічної та біомолекулярної інженерії в Університеті штату Північна Кароліна. «Це відкриває двері для виробництва широкого спектра електронних компонентів і пристроїв».
Щоб створити металевий гель, дослідники починають із розчину мікронних частинок міді, зважених у воді. Потім дослідники додають невелику кількість індієво-галієвого сплаву, який є рідким металом при кімнатній температурі. Потім отриману суміш перемішують. Коли суміш перемішується, частинки рідкого металу та міді злипаються одна з одною, утворюючи металеву гелеву «мережу» у водному розчині.
«Ця гелеподібна консистенція важлива, тому що це означає, що частки міді розподіляються досить рівномірно по всьому матеріалу», — говорить Дікі. «Це робить дві речі. По-перше, це означає, що мережа частинок з’єднується, щоб утворити електричні шляхи. По-друге, це означає, що частинки міді не осідають із розчину й не забивають принтер».
Отриманий гель можна надрукувати за допомогою звичайної насадки для 3D-друку та зберігає форму при друку. А якщо дати висохнути при кімнатній температурі, отриманий 3D-об’єкт стане ще міцнішим, зберігаючи свою форму.
Однак, якщо користувачі вирішать нагріти надрукований об’єкт під час висихання, можуть статися деякі цікаві речі. Дослідники виявили, що вирівнювання частинок впливає на те, як матеріал висихає.
Наприклад, якщо ви надрукували циліндричний об’єкт, під час висихання боки стиснуться більше, ніж верх і низ. Якщо щось висихає при кімнатній температурі, процес досить повільний, щоб не викликати структурних змін в об’єкті. Однак, якщо ви нагрієте, наприклад, поставите його під нагрівальну лампу при 80° за Цельсієм, швидке висихання може спричинити структурну деформацію. Оскільки ця деформація є передбачуваною, це означає, що ви можете змусити друкований об’єкт змінити форму після того, як його надруковано, керуючи малюнком друкованого об’єкта та кількістю тепла, якому піддається об’єкт під час висихання.
«Зрештою, такий чотиривимірний друк — традиційні три виміри плюс час — є ще одним інструментом, який можна використовувати для створення структур із потрібними розмірами», — говорить Дікі. «Але найбільше в цьому матеріалі ми вважаємо його провідністю.
«Оскільки надруковані об’єкти на 97,5% складаються з металу, вони мають високу провідність. Очевидно, він не такий провідний, як звичайний мідний дріт, але неможливо надрукувати мідний дріт 3D за кімнатної температури. І те, що ми розробили , далеко більш провідний, ніж будь-що інше, що можна надрукувати. Ми в захваті від додатків тут.
«Ми відкриті для співпраці з галузевими партнерами для вивчення потенційних застосувань і завжди раді поговорити з потенційними співавторами про майбутні напрямки досліджень», — каже Дікі. Джерело