供稿人:武向權(quán)，連芩 發(fā)布日期：2017-12-07
中科院理化所低溫生物與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室Yongze Yu等人開發(fā)了一種在水凝膠中懸浮3d打印液態(tài)金屬的技術(shù)，利用水凝膠作為支撐，用擠出液態(tài)金屬的方法打印立體液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)（圖1 a）。
由于液態(tài)金屬具有高表面張力和低粘度，在無外加場(chǎng)力的作用下，液態(tài)金屬通常會(huì)變成球形，液滴之間會(huì)相互融合，這種特性使得液態(tài)金屬難以形成穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)。為了解決這一問題，將自固化羧乙烯聚合物水凝膠引入到打印系統(tǒng)中，這種水凝膠在打印頭的局部剪切力作用下會(huì)液化，此時(shí)將液態(tài)金屬打印到液化位置，而后水凝膠迅速?gòu)?fù)原，將液態(tài)金屬固定（圖1 b）。
圖1 （a）液態(tài)金屬在自固化水凝膠中的懸浮3D打印示意圖 （b）在打印過程中的液滴形成周期（流速Q(mào)，打印速度Vp，液滴直徑d，打印液滴間距Lc）
十二生肖頭像的打印，證明了懸浮3D打印的打印能力和打印效果，如圖2所示。
圖2 （a-l）中國(guó)十二生肖模型及對(duì)應(yīng)打印結(jié)構(gòu)（圖中標(biāo)尺代表10cm）
利用懸浮3D打印技術(shù)可以制造柔性三維電子器件，電子器件由打印的液態(tài)金屬液滴連接，如圖3所示，液態(tài)金屬液滴可以保證電通路的連續(xù)性。
圖3 懸浮3D打印在立體結(jié)構(gòu)電子器件中的應(yīng)用（a）心形結(jié)構(gòu)頂視圖，（b）心形結(jié)構(gòu)左視圖，（c）置入LED的心形結(jié)構(gòu)頂視圖，（d）置入LED的心形結(jié)構(gòu)左視圖，（e）立體結(jié)構(gòu)電子器件工作圖（圖中標(biāo)尺代表10cm）
液態(tài)金屬的懸浮3D打印技術(shù)可以制造復(fù)雜的多尺度可變形結(jié)構(gòu)，克服了液態(tài)金屬由重力和強(qiáng)表面張力帶來的不穩(wěn)定性，這種技術(shù)有望應(yīng)用于多尺度液滴制造、柔性電子器件、封裝技術(shù)以及生物和醫(yī)療等領(lǐng)域。