Forscher entwickeln hochleitfähiges metallisches Gel für den 3D-Druck
Objekte können so gestaltet werden, dass sie ihre Form verändern, während das Gel trocknet - ein Phänomen, das als "4D-Druck" bezeichnet wird
Forscher haben ein metallisches Gel entwickelt, das elektrisch hoch leitfähig ist und zum Drucken dreidimensionaler (3D) fester Objekte bei Raumtemperatur verwendet werden kann.
"Der 3D-Druck hat die Fertigung revolutioniert, aber uns sind keine Technologien bekannt, mit denen man in einem einzigen Schritt dreidimensionale Metallobjekte bei Raumtemperatur drucken kann", sagt Michael Dickey, Mitautor eines Artikels über die Arbeit und Camille & Henry Dreyfus Professor of Chemical and Biomolecular Engineering an der North Carolina State University. "Dies öffnet die Tür für die Herstellung einer breiten Palette von elektronischen Komponenten und Geräten.
Um das metallische Gel herzustellen, beginnen die Forscher mit einer Lösung aus mikroskopisch kleinen Kupferpartikeln, die in Wasser suspendiert sind. Dann fügen die Forscher eine kleine Menge einer Indium-Gallium-Legierung hinzu, die bei Raumtemperatur flüssiges Metall ist. Das Gemisch wird dann gerührt.
Während des Rührens haften das flüssige Metall und die Kupferpartikel im Wesentlichen aneinander und bilden ein metallisches Gel-"Netzwerk" in der wässrigen Lösung.
"Diese gelartige Konsistenz ist wichtig, denn sie bedeutet, dass die Kupferpartikel ziemlich gleichmäßig im Material verteilt sind", sagt Dickey. "Dies bewirkt zwei Dinge. Erstens bedeutet es, dass sich das Netzwerk der Partikel verbindet und elektrische Pfade bildet. Und zweitens bedeutet es, dass sich die Kupferpartikel nicht aus der Lösung absetzen und den Drucker verstopfen.
Das entstandene Gel kann mit einer herkömmlichen 3D-Druckdüse gedruckt werden und behält nach dem Druck seine Form. Und wenn man es bei Raumtemperatur trocknen lässt, wird das resultierende 3D-Objekt noch fester und behält seine Form.
Wenn die Benutzer jedoch beschließen, das gedruckte Objekt während des Trocknens zu erwärmen, können einige interessante Dinge passieren.
Die Forscher fanden heraus, dass die Ausrichtung der Partikel einen Einfluss darauf hat, wie das Material trocknet. Wenn man zum Beispiel ein zylindrisches Objekt druckt, ziehen sich die Seiten beim Trocknen stärker zusammen als die Ober- und Unterseite. Wenn etwas bei Raumtemperatur trocknet, ist der Prozess so langsam, dass er keine strukturelle Veränderung des Objekts bewirkt. Wenn man jedoch Wärme zuführt - zum Beispiel unter einer Wärmelampe bei 80 Grad Celsius - kann die schnelle Trocknung eine strukturelle Verformung verursachen. Da diese Verformung vorhersehbar ist, kann man die Form eines gedruckten Objekts nach dem Druck ändern, indem man das Muster des gedruckten Objekts und die Wärmemenge, der das Objekt während des Trocknens ausgesetzt ist, kontrolliert.
"Letztlich ist diese Art des vierdimensionalen Druckens - die traditionellen drei Dimensionen plus Zeit - ein weiteres Werkzeug, mit dem Strukturen in den gewünschten Dimensionen geschaffen werden können", sagt Dickey. "Das Spannendste an diesem Material ist jedoch seine Leitfähigkeit.
"Da die gedruckten Objekte am Ende zu 97,5 % aus Metall bestehen, sind sie hoch leitfähig. Es ist natürlich nicht so leitfähig wie herkömmlicher Kupferdraht, aber es ist unmöglich, Kupferdraht bei Raumtemperatur in 3D zu drucken. Und das, was wir entwickelt haben, ist weitaus leitfähiger als alles andere, was gedruckt werden kann. Wir sind sehr gespannt auf die Anwendungen, die sich daraus ergeben.
"Wir sind offen für die Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie, um potenzielle Anwendungen zu erforschen, und freuen uns immer, mit potenziellen Kooperationspartnern über künftige Forschungsrichtungen zu sprechen", sagt Dickey.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
