只需加水 —— 革命性3D打印墨水的咸味秘密武器

2024年08月02日12:42:03 科学 1945

某些物品的3D打印可能很快会变得更快、更简单、更环保。这是因为科学家们开发了一种新的3D打印墨水,这种墨水很容易被挤出为液体,但在与盐水溶液接触后会固化。

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​当大多数人想到3D打印时,他们会想到一种常用的技术,即熔融沉积建模(FDM)。这种方法包括将熔融的聚合物从喷嘴中挤出,在聚合物冷却成固体状态时,将物体逐层堆积起来。

​另一种技术,称为直接墨水书写(DIW),也涉及到从喷嘴中挤出东西。然而,在这种情况下,这种东西是一种凝胶状的聚合物“墨水”,它会化学转变成固体。与FDM相比,DIW往往更具成本效益和节能,而且它允许用更广泛的聚合物构建物体。

​然而,该技术的一个缺点在于,通常需要有毒的化学催化剂和交联剂来启动,并促进液体到固体的转变。这些化学物质不仅对人类和环境有潜在的危害,而且还会在打印后的步骤中添加,这增加了生产过程的持续时间和复杂性。

​这就是新墨水的用武之地。

​这种新墨水由美国加州大学圣迭戈分校的裴锦惠(音译)教授和他的同事开发,它采用了一种名为聚(N-异丙基丙烯酰胺)的液体聚合物溶液,简称“PNIPAM”。功能材料,如碳纳米管或石墨烯薄片,可以混合到液体中。

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​因为PNIPAM最初是具有相当流动性的,所以很容易用很小的力从针头中挤出。当墨水被挤压到氯化钙盐水溶液中时,盐离子会立即将水分子从墨水中吸出 —— 这是一种被称为“盐析”的现象。然后,留在油墨中的疏水(憎水)聚合物链聚集在一起,使油墨立即变成固体。任何添加的功能材料也都会被锁在里面。

​与传统的DIW打印不同,PNIPAM方法不需要使用任何打印后化学品,并且可以在室温下进行。作为额外的好处,如果需要,打印的固体物体稍后可以转换回可用的液体PNIPAM。

​这项技术已经被用来打印一块为灯泡供电的电路板。

​关于这项研究的一篇论文最近发表在《自然通讯》杂志上,韩国汉阳大学的科学家也参与了这项研究。


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