液體3D列印：科學家利用水和油創建複雜的全液態3D結構

近日，來自美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家小組設計出了一種能夠製造完全液態結構的3D列印方法。該技術使用特殊的3D印表機將「水線」沉積到硅油基底中，可用於構建液體電子和化學合成。

眾所周知，3D列印不僅僅是通過沉積熔化塑料層來構建一個多花瓶。正如勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家所表明的那樣，該技術甚至可以延伸到完全由液體製成的列印結構。

也就是說，通過將水線列印到硅油物質中，他們已經證明了在另一種液體內3D列印液體管結構的能力。在研究階段，科學家們已經列印出直徑在10微米和1毫米之間的水線，並且創造了許多不同的結構類型，包括長達幾米的複雜螺旋形和分枝形圖案。

正如勞倫斯伯克利國家實驗室的客座科學家、該技術的研究者Tom Russell解釋的那樣，3D列印液體結構甚至能夠改變其形狀並適應周圍環境。

他說：「這是一種新的材料，可以重新配置自身，並且可以定製到液體反應容器中用於許多用途，從化學合成到離子輸送到催化。」

Russell通過與材料科學博士後研究員Joe Forth以及其他許多科學家合作以實現該項目。同時，其認為液體3D列印技術可用於液體電子器件（柔性、可拉伸器件）以及化學合成。

對於後者，科學家們解釋說，列印管可以進行「化學調整」並使分子流過它們，這可以提供一種新的創新方法來分離分子或將「納米級構建模塊」提供給化合物。

研究過程中，為了讓液體列印到液體中而不會變成液體，科學家們必須提出一些創新解決方案。其中之一是用特殊的肥皂樣物質塗覆印花水管。更確切地說，水管被塗覆在納米粒子衍生的表面活性劑中，使得它們保持其形狀並防止它們分散成液滴。

所謂的「納米粒子超級膠囊」是通過將金納米粒子加入水中並將聚合物配體加入油中而製成的。當兩種液體接觸時，金納米粒子和聚合物配體試圖彼此附著，但油和水保持分離。

當水物質沉積到油基中時，油中的配體附著到水中的單個納米顆粒上，最終形成納米顆粒超濾層。其結果是在油和水之間的玻璃狀穩定層將水線保持在位。

「這種穩定性意味著我們可以將水拉伸成管，而且它仍然是一個管，」Russell補充說。「或者我們可以將水塑造成一個橢球體，並且它仍然是一個橢球體。我們已經使用這些納米粒子超級膠囊來列印持續數月的水管。」

為了實現新型液體列印工藝的自動化，研究人員通過安裝注射泵和液體擠出針來修改現成的3D印表機。然後，3D印表機被專門編程以將針插入油基並且以由3D模型確定的模式注入水。

「我們可以從針頭中擠出液體，並在三維空間中放置任何我們想要的水，」Forth解釋說。 「我們也可以用外力平衡材料，這會瞬間破壞超級膠囊的穩定性並改變水線的形狀。這些結構是無限可重構的。」

據悉，創新的3D列印研究由能源部科學辦公室資助。該研究結果已於最近發表在「高級材料」雜誌上。

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