3D技術厲害了！能列印全液體三維結構

【博科園-科學科普】來自美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的科學家們已經開發出了一種列印完全由液體組成的三維結構的方法。他們使用改良的3-D印表機，將水注入到硅油雕塑管中，這是由另一種液體中的一種液體製成的。他們設想全液體材料可以用來製造液體電子設備，這些電子設備能提供靈活的、可伸縮的設備。科學家們還預測，通過化學方法對管道和流動的分子進行調整，從而形成新的方法來分離分子，或者精確地將納米級的建築材料輸送到建築中。

這些原理圖顯示了使用納米粒子超級肥皂在石油中列印水的過程。在水中的金納米顆粒與油中的聚合物配體結合，在界面上形成一個彈性膜(納米粒子超級皂)，將結構固定在原位。圖片版權：Berkeley Lab

研究人員已經列印出直徑在10微米到1毫米之間的水珠，並在不同的螺旋和分支中形成了長達幾米的長度。更重要的是，材料可以與周圍環境相適應，並不斷改變形狀。伯克利實驗室材料科學部的客座教授湯姆·羅素說：這是一種可以重新配置自身的新型材料，它有可能被定製為許多用途的液體反應容器，從化學合成到離子傳輸到催化。他和喬·福斯(Joe Forth)一起開發了這種材料，他是材料科學部門的博士後研究員，以及來自伯克利實驗室和其他幾家機構的其他科學家。並在3月24日的《高級材料》雜誌上發表了他們的研究報告。

這種材料的起源可以追溯到兩方面：學習如何在另一種液體中製造液體管道，然後將過程自動化。在第一步中，科學家們開發了一種方法，將水注入一種特殊的納米粒子表面活性劑，將水鎖住。表面活性劑，本質上是肥皂，防止管道破裂成水滴。他們的表面活性劑在工作上非常出色，科學家們稱其為納米粒子超級肥皂。這種超級肥皂是通過將金納米顆粒分散成水和聚合物配體製成石油而實現的。金納米粒子和聚合物配體想要相互連接，但它們也想保持在各自的水和油介質中。這些配體是由位於伯克利實驗室的美國能源部科學用戶設施辦公室的布雷特·赫爾姆斯的幫助下開發出來的。

在實踐中，水被注入到油中後不久，在水中的幾十個配體附著在水中的單個納米顆粒上，形成了一種納米顆粒的超級肥皂。這些超級肥皂混合在一起，像玻璃一樣玻璃化，穩定了油和水的界面，使液體結構保持原位。這種穩定性意味著我們可以把水延伸到管子里，它仍然是一根管子。或者可以把水變成橢圓體，它仍然是橢球體，已經用這些納米顆粒來列印出持續幾個月的水。接下來是自動化，改進了一個現成的3-D印表機，通過去除列印塑料的部件，用注射器泵和針頭將它們擠出來。然後，他對印表機進行編程，將針插入到油底板中，並以預先確定的模式注入水。Forth說：可以從針中擠出液體，在任何我們想要的三維空間中放置水，也可以用外力來ping材料，這暫時打破了超級皂的穩定性，改變了水螺紋的形狀，這種結構是無限可重構的。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Advanced Materials

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：勞倫斯伯克利國家實驗室

編譯：光量子

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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