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株洲日报:液态金属如何变成3D打印耗材? 他们从洗手凝胶中找到灵感 新太阳城科研团队制备出新型材料,研究成果发表在顶级学术刊物《自然》的子刊上
发布时间:2024年06月20日 来源:株洲日报

新太阳城(中国)官方网站材料学院白华教授与胡晓兰副教授团队,在液态金属3D打印研究方向取得重要进展——他们制备了一种新型液态金属高内相乳液凝胶,把液态金属变成3D打印机打印的耗材,实现高分辨率三维打印,这种耗材还能导电。

该团队的研究成果在线发表于《自然·通讯》,这是顶级学术刊物《自然》的子刊。这一成果未来的应用场景非常广阔,可以用于可穿戴和植入设备、医疗设备及机器人等领域。可穿戴和可植入生物设备以及软机器人领域的发展日新月异,但在应用上存在不少挑战——这类设备中柔性和可拉伸的导线是关键技术之一,没有导线就无法通电,传统金属是硬的,不能拉伸。

因此,液态金属就被寄予厚望。液态金属指的是在常温下呈现液态的金属,可以随意改变形状,同时具有良好的导电性。白华说,由于液态金属可以流动,所以此前只能在平面上印刷成图案,无法在高度上进行堆叠。

“我们一直在找一种方法,可以让液态金属保持我们希望的形状,能像盖高楼一样,在三维空间‘竖’起来。”白华说,科学家认为:有一些乳液介于液体和固体之间,能够保持自身的形状,因此需要找到适合的材料能将液态金属变成乳液。他们尝试了很多材料,最终洗手凝胶引起他们的注意。

据介绍,课题组发现,洗手凝胶中的关键成分——Carbopol分子,它和液态金属表面可以发生相互作用,使液态金属形成微小的液滴堆积在一起,从而形成一种类似乳液的液态金属墨水,它能够从打印机的喷嘴中挤出,挤出后还能够保持三维形状。团队演示了液态金属墨水打印过程,他们拿出凝胶,加到液态金属中,然后用类似奶茶搅拌器的装置高速搅拌,形成液态金属墨水,再将“墨水”倒入改装后的3D打印机,实现了液态金属在三维方向上的打印成形,打印出一只章鱼模型。

团队进一步研究了这种墨水的导电性。由于绝缘凝胶的存在,墨水的导电性可能会下降,他们发明了一种方法,能够利用电压激活墨水,让墨水保持高导电性,能够更好地发挥导体功能。

(记者 佘峥 通讯员 欧阳桂莲)

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