3D-печать жидких объектов
Изображение: Forth et al, doi: 10.1002/adma.201707603.
Команда исследователей из США и Китая нашла способ распечатать трехмерные структуры, состоящие исключительно из жидкостей. Весь жидкий материал можно использовать для создания жидкой электроники, которая питает гибкие, растяжимые устройства.
Используя модифицированный 3D-принтер, д-р Том Рассел из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и его коллеги закачивали нити воды в силиконовые масла — трубки, сделанные из одной жидкости.
Они печатали нити воды диаметром от 10 микрон до 1 мм, а также разнообразные спиральные и разветвляющиеся формы длиной до нескольких метров.
«Это новый класс материалов, который может перенастроить себя, и он может быть настроен на жидкие реакционные сосуды для многих применений — от химического синтеза до переноса ионов в катализе», — сказал д-р Рассел, автор опубликованного документа в журнале Advanced Materials.
Материал обязан своим происхождением двум достижениям: ученые научились создавать жидкие трубки внутри другой жидкости, а затем автоматизировали этот процесс.
На первом этапе д-р Рассел и соавторы разработали способ упаковки оболочек воды в специальное поверхностно-активное вещество, полученное из наночастиц, которое блокирует воду на месте. Поверхностно-активное вещество, по существу, мыло, препятствует распаду водных труб в отдельные капли.
Изображение: Forth et al, doi: 10.1002/adma.201707603.
«Это поверхностно-активное вещество настолько хорошо работает, мы называем его супермыло наночастиц», — отметили они.
Создание «супермыла» было достигнута путем диспергирования наночастиц золота в воде и полимерных лигандах в масле. Золотые наночастицы и полимерные лиганды стремятся присоединяться друг к другу, но они также стремятся оставаться в их соответствующих водных и масляных средах.
На практике, вскоре после того, как вода впрыскивается в масло, десятки лигандов в масле присоединяются к отдельным наночастицам в воде, образуя суперповерхность наночастиц. Эти суперпокрытия собираются вместе и остекловываются, как стекло, которое стабилизирует границу между маслом и водой и фиксирует жидкие структуры.
«Эта устойчивость означает, что мы можем растянуть воду в трубку, и она остается трубкой. Или мы можем сконфигурировать воду в эллипсоид, и она остается эллипсоидом. Мы использовали эти наночастицы супермыла для печати трубок воды — сказал доктор Рассел.
Исследователи модифицировали готовый 3D-принтер, удалив компоненты, предназначенные для печати пластика, и заменив их шприцевым насосом и иглой, которая выдавливает жидкость.
Затем они запрограммировали принтер, чтобы вставить иглу в масляную подложку и впрыснуть воду по заданной схеме.
«Мы можем выжимать жидкость из иглы и размещать нити воды в любом месте, где бы мы ни хотели, в трех измерениях», — сказал доктор Джо Форт, исследователь в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.
«Мы также можем пинговать материал с помощью внешней силы, что на мгновение нарушает стабильность супермыла и изменяет форму водных потоков. Структуры могут бесконечно реконфигурироваться».
Больше информации: Joe Forth et al. Reconfigurable Printed Liquids. Advanced Materials, published online March 24, 2018; doi: 10.1002/adma.201707603