北卡羅來納州立大學的研究人員開發(fā)出一種具有高導電性的金屬凝膠，可以在室溫下用于3D打印固體物體。這項研究成果的論文名為《用于導電3D和4D打印的金屬凝膠》，已在《Matter》雜志上發(fā)表。

為了制造金屬凝膠，研究人員從懸浮在水中的微米級銅顆粒溶液開始進行操作。然后，研究人員添加了少量在室溫下呈液態(tài)金屬的銦鎵合金。然后將所得混合物一起攪拌。當混合物被攪拌時，液態(tài)金屬和銅顆粒基本上相互粘附——在水溶液中形成金屬凝膠“網(wǎng)絡”。

論文合著者、北卡羅萊納州立大學化學與生物分子工程教授邁克爾·迪基解釋說，這種凝膠的稠度很重要，因為這說明銅顆粒在整個材料中的分布相當均勻。首先，這意味著粒子網(wǎng)絡連接在一起形成了電子路徑；其次，這意味著銅顆粒不會從溶液中沉淀出來，堵塞打印機。

所得凝膠可以使用傳統(tǒng)的3D打印噴嘴進行打印，并且在打印時保持其形狀。而且，當在室溫下干燥時，生成的3D物體會變得更加堅固，同時保持其形狀。

然而，根據(jù)北卡羅來納州立大學的研究，如果用戶決定在打印的物體干燥時對其進行加熱，一些有趣的事情可能會發(fā)生。研究人員發(fā)現(xiàn)顆粒的排列會影響材料的干燥方式。

例如，如果打印圓柱形物體，干燥時側(cè)面的收縮會比頂部和底部的收縮更大。如果物體在室溫下干燥，則該過程足夠慢，不會造成物體的結構變化。然而，如果加熱——例如將其放在80攝氏度的熱燈下——快速干燥會導致結構變形。由于這種變形是可預測的，這意味著可以通過控制打印對象的圖案以及干燥時對象所暴露的熱量，使打印對象在打印后改變形狀。

研究人員繼續(xù)表示：“最終，這種四維打印——傳統(tǒng)的三維加上時間——是另一種可用于創(chuàng)建具有所需尺寸的結構的工具。但我們發(fā)現(xiàn)這種材料最令人興奮的是它的導電性。由于打印的物體最終97.5%是金屬，因此它們具有高導電性。它顯然不如傳統(tǒng)銅線導電，但在室溫下3D打印銅線是不可能的。我們開發(fā)的產(chǎn)品比其他任何可印刷的產(chǎn)品都具有更高的導電性。”

這項研究的成果為制造業(yè)帶來了重要的突破。以往在室溫下打印金屬物體是不可想象的，而這種高導電性的金屬凝膠的問世填補了這一空白。不僅可以用于制造各種電子元件和設備，還為創(chuàng)造具有所需形狀和尺寸的結構提供了新的工具。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)通過控制干燥過程中的加熱可以改變打印物體的形狀，這進一步拓展了該技術的潛在應用。

北卡羅來納州立大學的研究人員開發(fā)出一種具有高導電性的金屬凝膠，可以在室溫下用于3D打印固體物體。這項研究成果的論文名為《用于導電3D和4D打印的金屬凝膠》，已在《Matter》雜志上發(fā)表。

為了制造金屬凝膠，研究人員從懸浮在水中的微米級銅顆粒溶液開始進行操作。然后，研究人員添加了少量在室溫下呈液態(tài)金屬的銦鎵合金。然后將所得混合物一起攪拌。當混合物被攪拌時，液態(tài)金屬和銅顆粒基本上相互粘附——在水溶液中形成金屬凝膠“網(wǎng)絡”。

論文合著者、北卡羅萊納州立大學化學與生物分子工程教授邁克爾·迪基解釋說，這種凝膠的稠度很重要，因為這說明銅顆粒在整個材料中的分布相當均勻。首先，這意味著粒子網(wǎng)絡連接在一起形成了電子路徑；其次，這意味著銅顆粒不會從溶液中沉淀出來，堵塞打印機。

所得凝膠可以使用傳統(tǒng)的3D打印噴嘴進行打印，并且在打印時保持其形狀。而且，當在室溫下干燥時，生成的3D物體會變得更加堅固，同時保持其形狀。

然而，根據(jù)北卡羅來納州立大學的研究，如果用戶決定在打印的物體干燥時對其進行加熱，一些有趣的事情可能會發(fā)生。研究人員發(fā)現(xiàn)顆粒的排列會影響材料的干燥方式。

例如，如果打印圓柱形物體，干燥時側(cè)面的收縮會比頂部和底部的收縮更大。如果物體在室溫下干燥，則該過程足夠慢，不會造成物體的結構變化。然而，如果加熱——例如將其放在80攝氏度的熱燈下——快速干燥會導致結構變形。由于這種變形是可預測的，這意味著可以通過控制打印對象的圖案以及干燥時對象所暴露的熱量，使打印對象在打印后改變形狀。

研究人員繼續(xù)表示：“最終，這種四維打印——傳統(tǒng)的三維加上時間——是另一種可用于創(chuàng)建具有所需尺寸的結構的工具。但我們發(fā)現(xiàn)這種材料最令人興奮的是它的導電性。由于打印的物體最終97.5%是金屬，因此它們具有高導電性。它顯然不如傳統(tǒng)銅線導電，但在室溫下3D打印銅線是不可能的。我們開發(fā)的產(chǎn)品比其他任何可印刷的產(chǎn)品都具有更高的導電性。”

這項研究的成果為制造業(yè)帶來了重要的突破。以往在室溫下打印金屬物體是不可想象的，而這種高導電性的金屬凝膠的問世填補了這一空白。不僅可以用于制造各種電子元件和設備，還為創(chuàng)造具有所需形狀和尺寸的結構提供了新的工具。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)通過控制干燥過程中的加熱可以改變打印物體的形狀，這進一步拓展了該技術的潛在應用。