Xing et al., Matter (2023) DOI: 10.1016/j.matt.2023.06.015
I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato per la prima volta un nuovo gel metallico altamente conduttivo che può aiutare a stampare oggetti solidi 3D a temperatura ambiente in un unico passaggio.
Il team ha prodotto questo gel sospendendo una soluzione di particelle di rame su scala micron in acqua, prima di aggiungere una piccola quantità di una lega indio-gallio. Agitare la miscela ha permesso alle particelle di metallo liquido e di rame di aderire l’una all’altra per formare una “rete” di gel metallico all’interno della soluzione acquosa.
La consistenza gelatinosa è fondamentale in quanto assicura una distribuzione relativamente uniforme delle particelle di rame. Ciò determina, tra l’altro, una rete connessa che garantisce la conduttività e la possibilità di formare percorsi elettrici, oltre a impedire alle particelle di rame di depositarsi fuori dalla soluzione e intasare la stampante. Il gel può essere stampato con un ugello di stampa 3D standard e mantiene la sua forma durante la stampa. Se essiccato a temperatura ambiente, l’oggetto 3D diventa ancora più solido mantenendo la sua forma. Se, invece, l’oggetto stampato viene scaldato durante l’asciugatura, l’allineamento delle particelle influisce sul modo in cui il materiale si asciuga rapidamente e induce deformazione strutturale. Poiché questa deformazione è prevedibile, è possibile trasformare l’oggetto dopo la stampa controllando la sua forma e la quantità di calore a cui viene esposto. Questo tipo di cambiamento di forma programmato è noto come “stampa 4D” poiché le strutture stampate in 3D mutano la loro conformazione rispetto al tempo e in risposta agli stimoli esterni.
Essendo costituiti per il 97,5% da metallo, questi oggetti stampati sono altamente conduttivi. Per dimostrarlo, il team ha stampato un ragno conduttivo che solleva e assembla il proprio corpo partendo da una forma inizialmente piatta (Figura 1). L’esito principale di questo lavoro è che ci offre la possibilità di stampare parti metalliche a temperatura ambiente che hanno un’eccellente conduttività elettrica e discrete proprietà meccaniche. La capacità di stampare metalli in 3D potrebbe avere molte applicazioni, inclusi dispositivi elettronici e persino materiali strutturali. I ricercatori sono quindi impegnati a studiare le proprietà meccaniche delle parti stampate, per identificare migliori combinazioni di metalli così da aumentare le caratteristiche meccaniche ed esplorare nuove applicazioni.
di Sara Bagherifard
