加入納米顆粒，讓3D列印產品具有「靈性」

一直以來，3D列印技術製作的產品都是惰性的，如今科學家將二氧化鈦納米顆粒摻入到3D列印的聚合物中以後，列印出來的物品就具有了化學活性，展現出了前所未有的「靈性」。納米複合材料的引入使得3D列印的結構具有了化學活性，這一研究成果引起了社會媒體的極大關注，助力其摘得STAM 2016年度社媒影響計量學大獎的桂冠。

美國一所大學的研究人員Matthew Hartings認為：「人們（有時在私下裡）熱衷於享有控制力。我們喜歡設計、創建以及構建，而3D列印恰好滿足了這種具有創造性的控制欲。我們正在開發的技術得以將第四個維度『化學』添加到3D列印中。」

儘管3D列印已經成功吸引了眾多關注，但是對於化學本身而言，這項技術僅僅能夠生產用於輔助研究其它材料和結構的物品（像反應器皿），而並不能研究它們自身。Hartings解釋說：「對一個化學家而言，只能列印物品是比較枯燥的，我希望3D列印出來的產品能夠被用於研究化學性質。」

同國家標準與技術研究院以及美國食品和藥物管理局的研究人員一起，Hartings證實3D列印的聚合物中摻入氧化鈦納米顆粒以後，不僅增強了結構的力學性能，還改善了其化學特性。先進材料科學與技術雜誌報道的這個結果吸引了眾多主流媒體和社會媒體的引用，這促使該項研究成果被授予2016年度社媒影響計量學大獎。對於Hartings來說，獲得這一殊榮有著更深遠的涵義，這意味著他們的研究正在超出學術界，越來越引起非專業人士的興趣。

由於高分子材料固有的滲透性，因此將納米顆粒嵌入3D列印的高分子複合材料是可行的。然而Hartings指出報道結果中所使用的高分子材料並不是最優選擇，未來尚有很大的改善空間。

Hartings說：「我對3D列印的納米複合材料能夠儲存和過濾氣體非常感興趣，開發新的捕獲氣體（如二氧化碳、氫氣和甲烷）的方式將對環境和社會產生巨大的影響。」

3D列印描述的是一種生產過程，一般也可以被稱為增量製造。3D列印第一次提出是在20世紀80年代，它描述的是通過列印一系列截面層獲得三維物體的過程。隨後世界各地的發明者都對這一技術的發展做出了貢獻，這其中包括對立體平版印刷的文件格式的軟體開發，同時，其硬體方面也得到了改進。現在這個詞也指Hartings和他的同事所描述的印刷塑料擠出過程。

3D列印的結構中已經被播種了活細胞，這彰顯出3D列印技術在組織工程學上具有巨大的發展潛力。但是直到現在，3D列印的結構都被化學家看做是沒有活性的惰性物體。

二氧化鈦是一種有晶體結構的半導體，其包含板鈦礦、金紅石和銳鈦礦多種結構形式。它在紫外光照射下具有光催化作用，尤其是銳鈦礦形式的二氧化鈦。由於二氧化鈦納米顆粒的表面積增大，這使得二氧化鈦的光催化性質得以加強。

儘管現在的3D印刷中嵌入了一種複合材料，但是聚合物宿主是具有滲透性的，它可以在氧化鈦納米顆粒和環境中的其它化學物質之間滲透。

3D列印中使用最廣泛的的兩種聚合物是聚乳酸和丙烯腈丁二烯苯乙烯。由於聚乳酸在在擠制加工過程中易發生分解，因此研究人員會選擇使用丙烯腈丁二烯苯乙烯。研究人員注意到，考慮到3D列印結構未來在化學上的應用，其它的聚合物或許更適合作為宿主。