北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種具有高導(dǎo)電性的金屬凝膠，可以在室溫下用于3D打印固體物體。這項(xiàng)研究成果的論文名為《用于導(dǎo)電3D和4D打印的金屬凝膠》，已在《Matter》雜志上發(fā)表。

為了制造金屬凝膠，研究人員從懸浮在水中的微米級(jí)銅顆粒溶液開(kāi)始進(jìn)行操作。然后，研究人員添加了少量在室溫下呈液態(tài)金屬的銦鎵合金。然后將所得混合物一起攪拌。當(dāng)混合物被攪拌時(shí)，液態(tài)金屬和銅顆粒基本上相互粘附——在水溶液中形成金屬凝膠“網(wǎng)絡(luò)”。

論文合著者、北卡羅萊納州立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程教授邁克爾·迪基解釋說(shuō)，這種凝膠的稠度很重要，因?yàn)檫@說(shuō)明銅顆粒在整個(gè)材料中的分布相當(dāng)均勻。首先，這意味著粒子網(wǎng)絡(luò)連接在一起形成了電子路徑；其次，這意味著銅顆粒不會(huì)從溶液中沉淀出來(lái)，堵塞打印機(jī)。

所得凝膠可以使用傳統(tǒng)的3D打印噴嘴進(jìn)行打印，并且在打印時(shí)保持其形狀。而且，當(dāng)在室溫下干燥時(shí)，生成的3D物體會(huì)變得更加堅(jiān)固，同時(shí)保持其形狀。

然而，根據(jù)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的研究，如果用戶決定在打印的物體干燥時(shí)對(duì)其進(jìn)行加熱，一些有趣的事情可能會(huì)發(fā)生。研究人員發(fā)現(xiàn)顆粒的排列會(huì)影響材料的干燥方式。

例如，如果打印圓柱形物體，干燥時(shí)側(cè)面的收縮會(huì)比頂部和底部的收縮更大。如果物體在室溫下干燥，則該過(guò)程足夠慢，不會(huì)造成物體的結(jié)構(gòu)變化。然而，如果加熱——例如將其放在80攝氏度的熱燈下——快速干燥會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。由于這種變形是可預(yù)測(cè)的，這意味著可以通過(guò)控制打印對(duì)象的圖案以及干燥時(shí)對(duì)象所暴露的熱量，使打印對(duì)象在打印后改變形狀。

研究人員繼續(xù)表示：“最終，這種四維打印——傳統(tǒng)的三維加上時(shí)間——是另一種可用于創(chuàng)建具有所需尺寸的結(jié)構(gòu)的工具。但我們發(fā)現(xiàn)這種材料最令人興奮的是它的導(dǎo)電性。由于打印的物體最終97.5%是金屬，因此它們具有高導(dǎo)電性。它顯然不如傳統(tǒng)銅線導(dǎo)電，但在室溫下3D打印銅線是不可能的。我們開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品比其他任何可印刷的產(chǎn)品都具有更高的導(dǎo)電性?！?br />
這項(xiàng)研究的成果為制造業(yè)帶來(lái)了重要的突破。以往在室溫下打印金屬物體是不可想象的，而這種高導(dǎo)電性的金屬凝膠的問(wèn)世填補(bǔ)了這一空白。不僅可以用于制造各種電子元件和設(shè)備，還為創(chuàng)造具有所需形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)提供了新的工具。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)通過(guò)控制干燥過(guò)程中的加熱可以改變打印物體的形狀，這進(jìn)一步拓展了該技術(shù)的潛在應(yīng)用。

北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種具有高導(dǎo)電性的金屬凝膠，可以在室溫下用于3D打印固體物體。這項(xiàng)研究成果的論文名為《用于導(dǎo)電3D和4D打印的金屬凝膠》，已在《Matter》雜志上發(fā)表。

為了制造金屬凝膠，研究人員從懸浮在水中的微米級(jí)銅顆粒溶液開(kāi)始進(jìn)行操作。然后，研究人員添加了少量在室溫下呈液態(tài)金屬的銦鎵合金。然后將所得混合物一起攪拌。當(dāng)混合物被攪拌時(shí)，液態(tài)金屬和銅顆粒基本上相互粘附——在水溶液中形成金屬凝膠“網(wǎng)絡(luò)”。

論文合著者、北卡羅萊納州立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程教授邁克爾·迪基解釋說(shuō)，這種凝膠的稠度很重要，因?yàn)檫@說(shuō)明銅顆粒在整個(gè)材料中的分布相當(dāng)均勻。首先，這意味著粒子網(wǎng)絡(luò)連接在一起形成了電子路徑；其次，這意味著銅顆粒不會(huì)從溶液中沉淀出來(lái)，堵塞打印機(jī)。

所得凝膠可以使用傳統(tǒng)的3D打印噴嘴進(jìn)行打印，并且在打印時(shí)保持其形狀。而且，當(dāng)在室溫下干燥時(shí)，生成的3D物體會(huì)變得更加堅(jiān)固，同時(shí)保持其形狀。

然而，根據(jù)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的研究，如果用戶決定在打印的物體干燥時(shí)對(duì)其進(jìn)行加熱，一些有趣的事情可能會(huì)發(fā)生。研究人員發(fā)現(xiàn)顆粒的排列會(huì)影響材料的干燥方式。

例如，如果打印圓柱形物體，干燥時(shí)側(cè)面的收縮會(huì)比頂部和底部的收縮更大。如果物體在室溫下干燥，則該過(guò)程足夠慢，不會(huì)造成物體的結(jié)構(gòu)變化。然而，如果加熱——例如將其放在80攝氏度的熱燈下——快速干燥會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。由于這種變形是可預(yù)測(cè)的，這意味著可以通過(guò)控制打印對(duì)象的圖案以及干燥時(shí)對(duì)象所暴露的熱量，使打印對(duì)象在打印后改變形狀。

研究人員繼續(xù)表示：“最終，這種四維打印——傳統(tǒng)的三維加上時(shí)間——是另一種可用于創(chuàng)建具有所需尺寸的結(jié)構(gòu)的工具。但我們發(fā)現(xiàn)這種材料最令人興奮的是它的導(dǎo)電性。由于打印的物體最終97.5%是金屬，因此它們具有高導(dǎo)電性。它顯然不如傳統(tǒng)銅線導(dǎo)電，但在室溫下3D打印銅線是不可能的。我們開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品比其他任何可印刷的產(chǎn)品都具有更高的導(dǎo)電性?！?br />
這項(xiàng)研究的成果為制造業(yè)帶來(lái)了重要的突破。以往在室溫下打印金屬物體是不可想象的，而這種高導(dǎo)電性的金屬凝膠的問(wèn)世填補(bǔ)了這一空白。不僅可以用于制造各種電子元件和設(shè)備，還為創(chuàng)造具有所需形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)提供了新的工具。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)通過(guò)控制干燥過(guò)程中的加熱可以改變打印物體的形狀，這進(jìn)一步拓展了該技術(shù)的潛在應(yīng)用。