二氧化矽氣凝膠能被3D列印成微小結構嗎？

2020-09-09 AAU3D

aau訊(編輯 盧晶)據外媒報導，由Shanyu Zhao、Gilberto Siqueira、Wim Malfait 和 Matthias Koebel領導的瑞士聯邦材料科學與技術實驗室（EMPA）的國際研究人員正在探索在微型規模上使用氣凝膠進行3D列印的新方法，並出版了題為「 3D列印二氧化矽氣凝膠 」的研究報告。目前，在需要導熱性的各種應用中，二氧化矽氣凝膠可用於光學、顆粒捕獲、物理學等領域。不過，最常見的是，這些材料可用於絕熱，尤其是用於可能需要緩衝的狹窄空間。

從此前研究看，二氧化矽氣凝膠由於其易碎性（通常導致需要添加劑，這在微型化方面可能會進一步受到限制）而被認為難以操作，因此，研究人員開發了一種新的正在申請專利的技術，即通過直接墨水書寫（DIW）形成微結構。

研究員改進了使用二氧化矽氣凝膠粉末漿料方法，例如剪切稀化，以改善流動性以及使列印後的粘度更高，從而使由純二氧化矽製成的3D列印物體更加穩定。據介紹，研究人員的總體目標是精鍊氣凝膠，以便在較小的尺寸上更好地使用。在這裡，尺寸僅為十分之一毫米。

據了解，二氧化矽氣凝膠的導熱率不高，但是這些材料具有良好的機械性能。研究報告顯示，可以對3D列印的氣凝膠進行「鑽孔和研磨」，從而為模製件的後加工留有潛力。在研究過程中，以葉子和蓮花的形式製作了3D列印的樣本，這不僅顯示了設計懸垂結構的能力，還展示了使用多種材料列印複雜幾何形狀的能力。由於尺寸小，這些材料還可用於電子設備的熱絕緣，防止它們在緊密接近時相互影響，並有效地控制導電熱點。

此外，研究人員還用氣凝膠材料製造了一個熱水分子氣泵（或Knudsen泵），在一側用黑色氧化錳納米顆粒進行了強化。暴露在光線下後，材料會在較暗的一側升溫，並泵送氣體或釋放溶劑蒸氣。

為了證明可以在3D列印中產生精細的氣凝膠結構，研究人員列印了由氣凝膠製成的蓮花（圖片來源：EMPA）


這種進步也為在醫療植入物中使用氣霧劑提供了潛力，可以保護人體組織免受37度以上的熱量的傷害。目前，EMPA研究人員正在尋找對將新型3D列印氣凝膠用於工業應用感興趣的合作夥伴。同時，還要檢查他們以前的一些研究，因為他們開發了其他類型的由纖維素製成的3D列印油墨，以及用於開發獨特的傳感器模具。

（圖片：EMPA提供）

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