연구원들은 3D 프린팅을 위한 전도성이 높은 금속 젤을 만듭니다.

연구원들은 전기 전도성이 높고 상온에서 3차원(3D) 고체 물체를 인쇄하는 데 사용할 수 있는 금속 젤을 개발했습니다.

“3D 프린팅은 제조에 혁신을 가져왔지만 실온에서 단일 단계로 3D 금속 물체를 프린팅할 수 있는 이전 기술을 알지 못합니다. & Henry Dreyfus North Carolina 주립 대학의 화학 및 생체 분자 공학 교수. “이것은 광범위한 전자 부품 및 장치 제조의 문을 열어줍니다.”

금속 젤을 만들기 위해 연구원들은 물에 현탁된 미크론 규모의 구리 입자 용액으로 시작했습니다. 그런 다음 연구원들은 실온에서 액체 금속인 소량의 인듐-갈륨 합금을 추가합니다. 생성된 혼합물을 함께 교반한다.

혼합물이 교반됨에 따라 액체 금속과 구리 입자는 기본적으로 서로 달라붙어 수용액 내에서 금속 겔 “네트워크”를 형성합니다.

“이 젤 같은 일관성은 재료 전체에 구리 입자가 상당히 균일하게 분포되어 있음을 의미하기 때문에 중요합니다.”라고 Dickey는 말합니다. “이것은 두 가지 일을 합니다. 첫째, 입자 네트워크가 연결되어 전기 경로를 형성한다는 것을 의미합니다. 둘째, 구리 입자가 용액에서 침전되어 프린터를 막히지 않는다는 것을 의미합니다.”

생성된 젤은 기존의 3D 인쇄 노즐을 사용하여 인쇄할 수 있으며 인쇄 시 모양을 유지합니다. 그리고 상온에서 건조시키면 결과 3D 개체는 모양을 유지하면서 훨씬 더 단단해집니다.

그러나 사용자가 인쇄물이 건조되는 동안 열을 가하기로 결정하면 몇 가지 흥미로운 일이 발생할 수 있습니다.

연구원들은 입자의 정렬이 재료가 건조되는 방식에 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. 예를 들어, 원통형 개체를 프린트한 경우 건조되면서 측면이 위쪽과 아래쪽보다 더 많이 수축합니다. 상온에서 무언가가 건조되는 경우 프로세스가 충분히 느려 개체에 구조적 변화를 일으키지 않습니다. 그러나 열을 가하면(예: 섭씨 80도의 열 램프 아래에 두는 경우) 급속한 건조로 인해 구조적 변형이 발생할 수 있습니다. 이 변형은 예측 가능하기 때문에 인쇄된 개체의 패턴과 개체가 건조되는 동안 노출되는 열의 양을 제어하여 인쇄된 개체의 모양을 변경할 수 있습니다.

“궁극적으로 이러한 종류의 4차원 프린팅(전통적인 3차원에 시간을 더한 것)은 원하는 치수의 구조를 만드는 데 사용할 수 있는 또 하나의 도구입니다.”라고 Dickey는 말합니다. “그러나 우리가 이 물질에 대해 가장 흥미롭게 발견한 것은 전도성입니다.

“인쇄된 물체는 결국 97.5% 금속이기 때문에 전도성이 높습니다. 분명히 기존 구리선만큼 전도성이 없지만 실온에서 구리선을 3D 인쇄하는 것은 불가능합니다. 그리고 우리가 개발한 것은 멀리 있습니다. 인쇄할 수 있는 그 어떤 것보다 더 전도성이 높습니다. 우리는 여기 응용 프로그램에 대해 매우 흥분하고 있습니다.

“우리는 잠재적인 응용 프로그램을 탐색하기 위해 업계 파트너와 협력할 수 있으며, 미래의 연구 방향에 대해 잠재적 협력자와 이야기하는 것을 항상 기쁘게 생각합니다.”라고 Dickey는 말합니다.

이 작업은 보조금 번호 52203101에 따라 중국 국립자연과학재단(National Natural Science Foundation of China)의 지원을 받아 수행되었습니다. 그리고 중국 장학 위원회에서 교부금 번호 201906250075에 따라.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230705115147.htm