陈根：室温3D打印金属物品取得新突破

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文/陈根

据《物质》杂志最新发表的研究论文显示，包括美国北卡罗莱纳州立大学研究人员在内的研究团队开发了一种金属凝胶，可在室温下打印3D固态物体。该凝胶具有很高的导电性，为3D打印各种热敏电子元件和设备打开了大门。

该金属凝胶研发的过程，开始于悬浮在水中的微米级铜颗粒溶液。科学家们先在该溶液中加入少量的镓铟合金（EGaIn）和盐酸，通过盐酸将水的pH值设置为1.0，从EGaIn中去除氧化物，从而暂时将其变为液态金属。然后，将铜颗粒溶液和液态的EGaln混合物进行搅拌，使得EGaln粒子附着在更坚固的铜粒子上，在水溶液中形成一个由EGaln桥连接的铜粒子金属凝胶“网络”。最后，通过添加甲基纤维素，使混合物膨胀。

由此产生的凝胶可以在室温下从普通的3D打印机的喷嘴中挤出，一次一层地构建物品。当成品在相同温度下干燥时，水和盐酸就会被蒸发掉。最后出来的是一个刚性、且具有很高导电性的三维物体，其中金属含量高达 97.5%。

据研究人员介绍，该凝胶中颗粒的排列方式会影响材料的干燥方式。例如，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，使其放置在80℃的加热灯下快速干燥，则可能会导致结构变形。

“基于这些变形是可预测的，也就意味着可以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。”北卡罗莱纳州立大学化学与生物分子工程教授迈克尔·迪基介绍说，“3D打印将彻底改变了制造业，而该金属凝胶将为制造各种电子元件和设备打开了大门。”