Исследователи разработали проводящий металлический гель для 3D-печати

Для создания металлического геля, команда смешала водный раствор микрочастиц меди микрометрового размера с небольшим количеством сплава индия и галлия, который остается жидким при комнатной температуре. При перемешивании смеси жидкий металл и частицы меди прилипали друг к другу, образуя металлическую гелеобразную "сеть" в водном растворе.

"Эта гелеобразная консистенция важна, поскольку она означает, что частицы меди распределены достаточно равномерно по всему материалу. Это делает две вещи. Во-первых, это означает, что сеть частиц соединяется, образуя электрические пути. Во-вторых, это означает, что частицы меди не оседают в растворе и не засоряют принтер", - сказал Майкл Дики, соавтор статьи и профессор химической и биомолекулярной инженерии Университета штата Северная Каролина.

Далее полученный гель может быть напечатан на 3D-принтере с помощью обычного сопла, при этом он сохраняет свою форму после печати. Команда обнаружила, что когда напечатанный объект оставляли отвердевать при комнатной температуре, он сохранял свою форму и в дальнейшем затвердевал.

При воздействии тепла в процессе сушки отпечатка команда обнаружила, что выравнивание частиц внутри материала влияет на его высыхание. Например, в случае с цилиндрическим объектом боковые стороны сжимаются сильнее, чем нижняя и верхняя. Хотя сушка при комнатной температуре обычно не вызывает структурных изменений, применение тепла, например, помещение объекта под тепловую лампу при температуре 80 градусов Цельсия, может привести к предсказуемой структурной деформации.

Управление паттерном печати и количеством теплового воздействия на этом этапе позволяет намеренно изменять форму объекта после его печати, что позволяет реализовать концепцию четырехмерной печати.

"В конечном итоге, такая четырехмерная печать - традиционные три измерения плюс время - это еще один инструмент, который можно использовать для создания структур с нужными размерами. Но самое интересное в этом материале - это его электропроводность. Поскольку напечатанные объекты состоят на 97,5% из металла, они обладают высокой проводимостью. Очевидно, что он не такой проводящий, как обычная медная проволока, но 3D-печать медной проволоки при комнатной температуре невозможна. А то, что мы разработали, гораздо более проводящее, чем все остальное, что может быть напечатано. Мы очень рады возможности применения этого материала", - отметил Дики.

Результаты исследования "Metallic Gels for Conductive 3D and 4D Printing" опубликованы в журнале Matter.