中國(guó)3D打印網(wǎng)8月31日訊，麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)找到了一種方法，可以在高度有序的排列中印刷膠體，如聚合物納米粒子，類似于晶體中的原子結(jié)構(gòu)。通過(guò)這種直接寫(xiě)入膠體組裝工藝，將膠體自組裝的自下而上原理與直接寫(xiě)入3D打印的多功能性相結(jié)合的過(guò)程，研究人員可以制造厘米級(jí)的獨(dú)立式晶體，每個(gè)晶體由數(shù)十億個(gè)制成。該技術(shù)可用于放大自組裝材料，以用作光學(xué)傳感器，彩色顯示器和光導(dǎo)電子器件。

在光學(xué)顯微鏡下觀察3D打印的膠體晶體。圖片：菲利斯弗蘭克爾
   麻省理工學(xué)院系研究生Alvin Tan說(shuō)：“如果你把每個(gè)粒子炸成一個(gè)足球的大小，那就好像堆疊了很多足球來(lái)制造像摩天大樓一樣高的東西。這就是我們?cè)诩{米尺度上所做的事情。”使用這種方法，研究人員印刷了各種結(jié)構(gòu)，如微小的塔和螺旋，根據(jù)每個(gè)結(jié)構(gòu)中單個(gè)顆粒的大小，以特定的方式與光相互作用。該團(tuán)隊(duì)將3D打印技術(shù)視為一種新方法，可以構(gòu)建自組裝材料，從而在更大規(guī)模上利用納米晶體的新特性。
     “如果你可以3D打印一個(gè)操縱光子而不是電子的電路，這可以為未來(lái)在光學(xué)計(jì)算中的應(yīng)用鋪平道路，那就是操縱光而不是電，這樣設(shè)備可以更快，更節(jié)能，”Tan說(shuō)。膠體是任何大分子或小顆粒，通常直徑在1nm和1μm之間，懸浮在液體或氣體中。霧是膠體的一個(gè)常見(jiàn)例子，因?yàn)樗蔁熁液头稚⒃诳諝庵械钠渌?xì)顆粒組成。牛奶是分散在水基溶液中的液體乳脂球的乳化膠體。這些日常膠體中的顆粒的大小和它們通過(guò)溶液分散的方式完全是隨機(jī)的。如果通過(guò)蒸發(fā)其液體溶劑將均勻尺寸的膠體顆粒一起驅(qū)動(dòng)，使它們組裝成有序晶體，則可以產(chǎn)生具有獨(dú)特光學(xué)，化學(xué)和機(jī)械性質(zhì)的結(jié)構(gòu)。
       到目前為止，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出將膠體顆粒蒸發(fā)和組裝成薄膜的技術(shù)，以形成過(guò)濾光，并根據(jù)單個(gè)顆粒的大小和排列產(chǎn)生顏色的顯示器。但到目前為止，這種膠體組件僅限于薄膜和其他平面結(jié)構(gòu)。“我們第一次證明可以制造宏觀自組裝膠體材料，我們希望這種技術(shù)可以構(gòu)建任何3D形狀，并應(yīng)用于各種各樣的材料。”機(jī)械工程副教授和論文的高級(jí)作者A. John Hart說(shuō)。。

    研究人員使用定制的3D打印設(shè)備進(jìn)行該過(guò)程，該設(shè)備由玻璃注射器和針頭組成，安裝在兩個(gè)加熱鋁板上方。針穿過(guò)頂板中的孔并將膠體溶液分配到附接到底板的基板上。該團(tuán)隊(duì)均勻加熱兩塊鋁板，以便當(dāng)針頭分配膠體溶液時(shí)，液體緩慢蒸發(fā)，只留下顆粒。底板可以旋轉(zhuǎn)并上下移動(dòng)以操縱整個(gè)結(jié)構(gòu)的形狀。麻省理工學(xué)院的研究生賈斯汀貝羅茲說(shuō)：“當(dāng)膠體溶液被推過(guò)針頭時(shí)，液體就會(huì)成為溶液中顆粒的橋梁或模具。顆粒會(huì)”下降“通過(guò)液體，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)。液體蒸發(fā)后，顆粒之間的表面張力將它們保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。?/p>

     作為膠體印刷技術(shù)的首次展示，該團(tuán)隊(duì)使用聚苯乙烯顆粒在水中的溶液，并創(chuàng)造了厘米高的塔和螺旋。這些結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)都包含30億個(gè)粒子。在隨后的試驗(yàn)中，通過(guò)改變聚苯乙烯顆粒的尺寸，他們能夠印刷反映特定顏色的塔。

來(lái)源：3d打印網(wǎng)

編輯：董強(qiáng)