液体3D打印：科学家利用水和油创建复杂的全液态3D结构

近日，来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的科学家小组设计出了一种能够制造完全液态结构的3D打印方法。该技术使用特殊的3D打印机将“水线”沉积到硅油基底中，可用于构建液体电子和化学合成。

众所周知，3D打印不仅仅是通过沉积熔化塑料层来构建一个多花瓶。正如劳伦斯伯克利国家实验室的科学家所表明的那样，该技术甚至可以延伸到完全由液体制成的打印结构。

也就是说，通过将水线打印到硅油物质中，他们已经证明了在另一种液体内3D打印液体管结构的能力。在研究阶段，科学家们已经打印出直径在10微米和1毫米之间的水线，并且创造了许多不同的结构类型，包括长达几米的复杂螺旋形和分枝形图案。

正如劳伦斯伯克利国家实验室的客座科学家、该技术的研究者Tom Russell解释的那样，3D打印液体结构甚至能够改变其形状并适应周围环境。

他说：“这是一种新的材料，可以重新配置自身，并且可以定制到液体反应容器中用于许多用途，从化学合成到离子输送到催化。”

Russell通过与材料科学博士后研究员Joe Forth以及其他许多科学家合作以实现该项目。同时，其认为液体3D打印技术可用于液体电子器件（柔性、可拉伸器件）以及化学合成。

对于后者，科学家们解释说，打印管可以进行“化学调整”并使分子流过它们，这可以提供一种新的创新方法来分离分子或将“纳米级构建模块”提供给化合物。

研究过程中，为了让液体打印到液体中而不会变成液体，科学家们必须提出一些创新解决方案。其中之一是用特殊的肥皂样物质涂覆印花水管。更确切地说，水管被涂覆在纳米粒子衍生的表面活性剂中，使得它们保持其形状并防止它们分散成液滴。

所谓的“纳米粒子超级胶囊”是通过将金纳米粒子加入水中并将聚合物配体加入油中而制成的。当两种液体接触时，金纳米粒子和聚合物配体试图彼此附着，但油和水保持分离。

当水物质沉积到油基中时，油中的配体附着到水中的单个纳米颗粒上，最终形成纳米颗粒超滤层。其结果是在油和水之间的玻璃状稳定层将水线保持在位。

“这种稳定性意味着我们可以将水拉伸成管，而且它仍然是一个管，”Russell补充说。“或者我们可以将水塑造成一个椭球体，并且它仍然是一个椭球体。我们已经使用这些纳米粒子超级胶囊来打印持续数月的水管。”

为了实现新型液体打印工艺的自动化，研究人员通过安装注射泵和液体挤出针来修改现成的3D打印机。然后，3D打印机被专门编程以将针插入油基并且以由3D模型确定的模式注入水。

“我们可以从针头中挤出液体，并在三维空间中放置任何我们想要的水，”Forth解释说。 “我们也可以用外力平衡材料，这会瞬间破坏超级胶囊的稳定性并改变水线的形状。这些结构是无限可重构的。”

据悉，创新的3D打印研究由能源部科学办公室资助。该研究结果已于最近发表在“高级材料”杂志上。