只需加水 —— 革命性3D列印墨水的鹹味秘密武器

2024年08月02日12:42:03 科學 1945

某些物品的3D列印可能很快會變得更快、更簡單、更環保。這是因為科學家們開發了一種新的3D列印墨水,這種墨水很容易被擠出為液體,但在與鹽水溶液接觸後會固化。

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​當大多數人想到3D列印時,他們會想到一種常用的技術,即熔融沉積建模(FDM)。這種方法包括將熔融的聚合物從噴嘴中擠出,在聚合物冷卻成固體狀態時,將物體逐層堆積起來。

​另一種技術,稱為直接墨水書寫(DIW),也涉及到從噴嘴中擠出東西。然而,在這種情況下,這種東西是一種凝膠狀的聚合物「墨水」,它會化學轉變成固體。與FDM相比,DIW往往更具成本效益和節能,而且它允許用更廣泛的聚合物構建物體。

​然而,該技術的一個缺點在於,通常需要有毒的化學催化劑和交聯劑來啟動,並促進液體到固體的轉變。這些化學物質不僅對人類和環境有潛在的危害,而且還會在列印後的步驟中添加,這增加了生產過程的持續時間和複雜性。

​這就是新墨水的用武之地。

​這種新墨水由美國加州大學聖迭戈分校的裴錦惠(音譯)教授和他的同事開發,它採用了一種名為聚(N-異丙基丙烯醯胺)的液體聚合物溶液,簡稱「PNIPAM」。功能材料,如碳納米管或石墨烯薄片,可以混合到液體中。

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​因為PNIPAM最初是具有相當流動性的,所以很容易用很小的力從針頭中擠出。當墨水被擠壓到氯化鈣鹽水溶液中時,鹽離子會立即將水分子從墨水中吸出 —— 這是一種被稱為「鹽析」的現象。然後,留在油墨中的疏水(憎水)聚合物鏈聚集在一起,使油墨立即變成固體。任何添加的功能材料也都會被鎖在裡面。

​與傳統的DIW列印不同,PNIPAM方法不需要使用任何列印後化學品,並且可以在室溫下進行。作為額外的好處,如果需要,列印的固體物體稍後可以轉換回可用的液體PNIPAM。

​這項技術已經被用來列印一塊為燈泡供電的電路板。

​關於這項研究的一篇論文最近發表在《自然通訊》雜誌上,韓國漢陽大學的科學家也參與了這項研究。


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