科学家开发出用于导电3D和4D打印的金属凝胶

北卡罗来纳州立大学的材料科学家将铜颗粒与镓铟合金桥连接起来，形成一种具有凝胶状特性的导电印刷油墨，非常适合 3D 和 4D 打印。他们的研究结果发表在《Matter》杂志上。

“3D 打印彻底改变了制造业，但我们不知道以前有哪些技术可以在室温下一步打印 3D 金属物体，”该论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学教授 Michael Dickey 说。

“这为制造各种电子元件和设备打开了大门。”

为了制造金属凝胶，迪基教授和他的同事从悬浮在水中的微米级铜颗粒溶液开始。

然后他们添加少量在室温下呈液态金属的铟镓合金。然后将所得混合物一起搅拌。

当搅拌混合物时，液态金属和铜颗粒基本上相互粘附，在水溶液内形成金属凝胶网络。

“这种凝胶状的一致性很重要，因为这意味着铜颗粒在整个材料中分布相当均匀，”迪基教授说。

“这有两件事。首先，这意味着粒子网络连接形成电通路。其次，这意味着铜颗粒不会从溶液中沉淀出来并堵塞打印机。”

所得凝胶可以使用传统的 3D 打印喷嘴进行打印，并在打印时保持其形状。

而且，当在室温下干燥时，生成的 3D 物体会变得更加坚固，同时保持其形状。

然而，如果用户决定在打印对象干燥时对其进行加热，则会发生一些有趣的事情。

研究人员发现颗粒的排列会影响材料的干燥方式。例如，如果您打印圆柱形物体，干燥时侧面的收缩会比顶部和底部的收缩更大。

如果某物在室温下干燥，则该过程足够慢，不会造成物体的结构变化。

然而，如果加热——例如，将其放在 80 摄氏度的热灯下——快速干燥会导致结构变形。

由于这种变形是可预测的，这意味着您可以通过控制打印对象的图案以及干燥时对象所暴露的热量，使打印对象在打印后改变形状。

“最终，这种 4D 打印——传统的三维打印，加上时间——是又一种可用于创建具有所需尺寸的结构的工具，”迪基教授说。

“但我们发现这种材料最令人兴奋的是它的导电性。”

“由于打印的物体最终 97.5% 是金属，因此它们具有高导电性。”

“它显然不如传统铜线导电，但在室温下 3D 打印铜线是不可能的。”

“我们开发的产品比其他任何可以印刷的产品导电性都要好得多。我们对这里的应用感到非常兴奋。”