Новый металлический гель отличается низким сопротивлением и позволяет печатать при комнатных температурах. Кроме того, материал позволяет осуществлять 4D-печать, то есть построение структур с эффектом памяти формы.

«3D-печать произвела революцию в производстве, но мы пока не слышали о технологиях, позволяющих печатать металлические объекты при комнатной температуре за один прием. Наша технология откроет возможность производства широкого спектра электронных устройств», — считает один из авторов исследования, профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии Университета штата Северная Каролина Майкл Дики.

Производство геля начинается с суспензии микрочастиц меди в воде. Затем добавляется небольшой объем индий-галлиевого сплава, сохраняющего жидкую фазу при комнатных температурах, после чего компоненты тщательно перемешиваются. В результате частицы меди и жидкого сплава соединяются, формируя что-то вроде металлического геля.

«Гелеобразная консистенция важна, потому что она говорит о равномерном распределении частиц меди. Это означает две вещи: во-первых, формируются электрические пути, а во-вторых, частицы меди не оседают и не засоряют 3D-принтер», — пояснил профессор Дики.

Получаемый гель можно применять в экструзионной 3D-печати. После нанесения материал сохраняет форму и набирает прочность по мере высыхания. Однако, можно добиться еще более интересных результатов, если применить термическую обработку.

Ученые выяснили, что распределение частиц влияет на конечную форму изделий после высыхания. Например, если напечатать цилиндр, то усадка боковой поверхности будет выше, чем усадка оснований. Этот эффект наименее заметен, если высыхание проходит при комнатных температурах, но если 3D-печатное изделие нагреть до 80°С, можно получить управляемую деформацию. Характер деформации проистекает из геометрии исходных моделей, порядка укладки нитей и температуры тепловой обработки, так что это предсказуемый, программируемый эффект.

«Такой вид 4D-печати — три пространственных измерения плюс время — это еще один инструмент получения структур необходимой формы, но наиболее интересна, на наш взгляд, все же электропроводность материала. Так как доля металлов в 3D-печатных объектах достигает 97,5%, они отлично проводят ток. Разумеется, показатели будут ниже, чем у проводки из чистой меди, но чистой медью не получится печатать при комнатных температурах», — рассказал профессор Дики.

Источник