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液态金属在自固化水凝胶中的悬浮3D打印

液态金属在自固化水凝胶中的悬浮3D打印

供稿人:武向权,连芩   发布日期:2017-12-07
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中科院理化所低温生物与医学实验室Yongze Yu等人开发了一种在水凝胶中悬浮3d打印液态金属的技术,利用水凝胶作为支撑,用挤出液态金属的方法打印立体液态金属结构(图1 a)。

由于液态金属具有高表面张力和低粘度,在无外加场力的作用下,液态金属通常会变成球形,液滴之间会相互融合,这种特性使得液态金属难以形成稳定的三维结构。为了解决这一问题,将自固化羧乙烯聚合物水凝胶引入到打印系统中,这种水凝胶在打印头的局部剪切力作用下会液化,此时将液态金属打印到液化位置,而后水凝胶迅速复原,将液态金属固定(图1 b)。

图1 (a)液态金属在自固化水凝胶中的悬浮3D打印示意图 (b)在打印过程中的液滴形成周期(流速Q,打印速度Vp,液滴直径d,打印液滴间距Lc)

十二生肖头像的打印,证明了悬浮3D打印的打印能力和打印效果,如图2所示。

图2 (a-l)中国十二生肖模型及对应打印结构(图中标尺代表10cm)

利用悬浮3D打印技术可以制造柔性三维电子器件,电子器件由打印的液态金属液滴连接,如图3所示,液态金属液滴可以保证电通路的连续性。

图3 悬浮3D打印在立体结构电子器件中的应用(a)心形结构顶视图,(b)心形结构左视图,(c)置入LED的心形结构顶视图,(d)置入LED的心形结构左视图,(e)立体结构电子器件工作图(图中标尺代表10cm)

液态金属的悬浮3D打印技术可以制造复杂的多尺度可变形结构,克服了液态金属由重力和强表面张力带来的不稳定性,这种技术有望应用于多尺度液滴制造、柔性电子器件、封装技术以及生物和医疗等领域。

参考文献:

  1. Yu Y, Liu F, Zhang R, et al. Suspension 3D Printing of Liquid Metal into Self‐Healing Hydrogel[J]. Advanced Materials Technologies, 2017, 2(11).