高导电金属凝胶可实现室温3D打印

据5日《物质》杂志报道，包括美国北卡罗莱纳州立大学研究人员在内的一个团队开发了一种金属凝胶，这种凝胶具有很高的导电性，可在室温下打印三维（3D）固态物体。这项技术为制造各种各样的电子元件和设备打开了大门。

用高导电性金属凝胶打印的3D金属蜘蛛。

图片来源：北卡罗莱纳州立大学/迈克尔·迪基

为制造这种金属凝胶，研究人员从悬浮在水中的微米级铜颗粒溶液开始进行操作，先在其中加入少量的铟镓合金，这种合金在室温下是液态金属；然后搅拌混合物，使液态金属和铜颗粒基本上相互粘在一起，在水溶液中形成了一个金属凝胶“网络”。

论文合著者、北卡罗莱纳州立大学化学与生物分子工程教授迈克尔·迪基解释说，这种凝胶的稠度很重要，因为这说明铜颗粒在整个材料中的分布相当均匀。首先，这意味着粒子网络连接在一起形成了电子路径；其次，这意味着铜颗粒不会从溶液中沉淀出来，堵塞打印机。

所得凝胶可使用传统的3D打印喷嘴进行打印，并能使打印物体保持其形状。而且，当打印的3D物体在室温下干燥时，会变得更加坚固。

有趣的是，研究人员发现，颗粒的排列方式会影响材料的干燥方式。例如，如果打印一个圆柱形物体，当它干燥时，两边会比顶部和底部收缩得更多。如果物体在室温下干燥，这个过程就比较慢，不会影响物体结构变化。如果对其加热，如放在80℃的加热灯下快速干燥，可能会导致结构变形。

由于此变形是可预测的，这意味着可通过控制打印物体的图案和干燥时所施加的热量，使打印物体改变形状。

研究还发现，由于打印物体最终含有高达97.5%的金属，因此具有很高的导电性。虽然它们的导电性不如传统的铜线，但在室温下3D打印铜线是不可能的。