В недавно опубликованном исследовании в журнале "Matter" группа ученых, в том числе из Университета штата Северная Каролина (США), разработала металлический гель, позволяющий печатать 3D-объекты в твердом состоянии при комнатной температуре. Этот гель обладает высокой электропроводностью, открывая новые возможности для 3D-печати различных теплочувствительных электронных компонентов и устройств.

Разработка металлического геля началась с раствора микронных частиц меди, взвешенных в воде. Ученые добавили в раствор небольшое количество галлий-индиевого сплава (EGaIn) и соляной кислоты. Соляная кислота снизила pH воды до 1,0, удалив оксиды из EGaIn и временно превратив его в жидкий металл. Затем смесь раствора медных частиц и жидкой смеси EGaIn перемешали, в результате чего частицы EGaIn прикрепились к более твердым частицам меди, образуя в водном растворе металлический гель из частиц меди, соединенных мостиками из EGaIn. Добавление метилцеллюлозы привело к расширению смеси.

Полученный гель можно выдавливать из сопла обычного 3D-принтера при комнатной температуре, создавая объекты слой за слоем. При высыхании готового изделия при той же температуре вода и соляная кислота испаряются. В результате получается жесткий трехмерный объект с высокой электропроводностью, содержание металла в котором достигает 97,5%.

По словам исследователей, способ расположения частиц в геле влияет на процесс высыхания материала. Например, при печати цилиндрического объекта во время высыхания боковые стороны будут сжиматься сильнее, чем верхняя и нижняя. Если объект высыхает при комнатной температуре, этот процесс происходит медленно и не влияет на изменение структуры объекта; если же его нагреть, например, поместив под нагревательную лампу с температурой 80 °C для быстрого высыхания, это может привести к деформации структуры.

«Поскольку эти деформации предсказуемы, это означает, что, контролируя рисунок печатаемого объекта и количество тепла, прикладываемого во время сушки, можно изменять форму печатаемого объекта», — говорит Майкл Дики, профессор химического и биомолекулярного машиностроения в Университете штата Северная Каролина. «3D-печать произведет революцию в производстве, а этот металлический гель откроет новые возможности для производства различных электронных компонентов и устройств».