厦大团队发展液态金属3D打印新方法

福建日报讯 （记者 李珂） 近日，厦门大学材料学院白华教授与胡晓兰副教授在液态金属3D打印研究方向取得重要进展，利用液态金属与Carbopol凝胶复合，制备了一种新型液态金属高内相乳液凝胶。该材料具有出色的弹性行为和剪切变稀的流变特性，可以作为直接墨水书写3D打印的油墨。同时，研究团队利用液态金属在电解质凝胶连续相中的电毛细行为，首次实现通过施加电场来激活油墨导电，并最终实现了液态金属在多种复杂场景中的3D打印。相关成果在线发表于《自然·通讯》。

“由于液态金属的低黏度和高表面张力使其不适用于挤出型3D打印，因此需要对其流变特性进行调控。”该团队介绍，目前的解决办法是将液态金属分散进聚合物基体内，形成复合导电油墨，尽管这些墨水具备剪切变稀的特性，能够顺利从打印针头挤出，但仅能实现在平面基底上的图案打印，打印线条极易蠕变，无法进行高度上堆叠。

针对上述问题，该团队利用Carbopol分子与液态金属氧化层的相互作用，使液态金属液滴表面形成吸附凝胶层，这液态金属能够稳定分散在凝胶中，形成高内相乳液凝胶结构。该材料具有出色的弹性行为和剪切变稀的流变特性。团队提出了凝胶层在微粒受剪切时产生润滑作用的概念，这种作用保证了高内相乳液凝胶内部紧密堆积的结构在受到剪切力时不会破坏。该材料成功实现了液态金属在高度维度上的堆叠成型。

此外，团队进一步探究了对该液态金属高内相乳液凝胶墨水的导电激活，实现了通过施加电场来激活油墨导电。这种全新的液态金属墨水导电方式，扩大了液态金属高内相乳液凝胶墨水在刚性表面和各种环境条件下的应用。

最后，团队实现了液态金属导电线路在柔性基底的3D打印，并首次实现了在非平面结构（0°～90°）上3D打印液态金属导线，这将扩大液态金属在复杂结构器件上的应用。