18 kwietnia 2024

 

Metaliczny żel do druku 3D 4D

Ruizhe Xing et al., Metallic gels for conductive 3D and 4D printing, Matter, vol. 6, nr 7, 2023

Badacze z Uniwersytetu Stanowego Karoliny Północnej opracowali metaliczny żel o bardzo dobrej przewodności elektrycznej, nadający się do zastosowania w procesie druku 3D w temperaturze pokojowej.

Żel utworzono w oparciu o mikrometryczne drobiny miedzi zawieszone w roztworze wodnym. Następnie dodano niewielką ilość stopu indu i galu, utrzymującego się w stanie ciekłym w temperaturze pokojowej. Wymieszane składniki pozwoliły otrzymać żel, w którym cząstki miedzi i płynnych metali łącząc się ze sobą, tworzą metaliczną sieć zawieszoną w cieczy.

Jak wyjaśnia Michael Dickey, profesor inżynierii chemicznej i biomolekularnej NC State, uzyskanie żelowej konsystencji jest bardzo istotne, gdyż zapewnia jednorodne rozmieszczenie cząstek miedzi w materiale. To zaś z kolei ma podwójne znaczenie – po pierwsze powoduje, że sieci cząstek łączą się ze sobą, tworząc ścieżki przewodzące prąd – a po drugie zapobiega wytrącaniu się cząstek miedzi, co powodowałoby zapychanie się dyszy drukarki.

W konsekwencji otrzymany żel nadaje się do druku przy użyciu konwencjonalnej dyszy ekstruzyjnej. Po wydrukowaniu nie podlega deformacji i zachowuje kształt. Po wyschnięciu w temperaturze pokojowej ulega utrwaleniu. Zaobserwowano jednak, że zaraz po wydrukowaniu metaliczne struktury w żelu mogą ulegać odkształceniu pod wpływem wyższej temperatury.

Zależność odkształceń od temperatury i pierwotnej geometrii wyrobu sprawia, że proces deformacji cieplnej materiału ma charakter przewidywalny, co umożliwia opracowanie technologii druku 4D, w której uzyskany kształt jest zmienny w wymiarze czasu.

Dzięki zawartości metalu rzędu 97.5% materiał wydrukowany z żelu ma dobre właściwości przewodzące. Jak zauważa Dickey, taki materiał nie dorównuje pod tym względem przewodom z czystej miedzi, ale przewyższa inne materiały do druku 3D i może być drukowany w temperaturze pokojowej. Do eksploracji potencjału produkcyjnego opracowanego materiału zaproszono partnerów przemysłowych. Współpraca z przemysłem zadecyduje o kierunkach dalszego rozwoju wynalazku.

news.ncsu.edu