Wetenschappers van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Department of Energy hebben een manier ontwikkeld om 3D-structuren af ​​te drukken die volledig uit vloeistoffen bestaan. Met behulp van een aangepaste 3D-printer, ze injecteerden waterdraden in siliconenolie - beeldhouwbuizen gemaakt van de ene vloeistof in een andere vloeistof.

Ze stellen zich voor dat hun volledig vloeibare materiaal kan worden gebruikt om vloeibare elektronica te construeren die flexibele, rekbare apparaten. De wetenschappers voorzien ook het chemisch afstemmen van de buizen en stromende moleculen erdoorheen, wat leidt tot nieuwe manieren om moleculen te scheiden of om bouwstenen op nanoschaal nauwkeurig af te leveren aan in aanbouw zijnde verbindingen.

De onderzoekers hebben waterdraden met een diameter van 10 micron tot 1 millimeter geprint, en in een verscheidenheid aan spiraalvormige en vertakkende vormen tot enkele meters lang. Bovendien, het materiaal kan zich aanpassen aan zijn omgeving en herhaaldelijk van vorm veranderen.

"Het is een nieuwe materiaalklasse die zichzelf kan herconfigureren, en het heeft het potentieel om voor vele toepassingen te worden aangepast tot vloeibare reactievaten, van chemische synthese tot ionentransport tot katalyse, " zei Tom Russel, een bezoekende faculteitswetenschapper in de Materials Sciences Division van Berkeley Lab. Hij ontwikkelde het materiaal met Joe Forth, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Materiaalwetenschappen, evenals andere wetenschappers van Berkeley Lab en verschillende andere instellingen. Ze rapporteren hun onderzoek op 24 maart in het tijdschrift Geavanceerde materialen .

Het materiaal dankt zijn oorsprong aan twee ontwikkelingen:het leren maken van vloeistofbuizen in een andere vloeistof, en vervolgens het proces te automatiseren.

Voor de eerste stap, de wetenschappers ontwikkelden een manier om buizen met water te omhullen met een speciale, van nanodeeltjes afgeleide oppervlakteactieve stof die het water op zijn plaats houdt. de oppervlakteactieve stof, in wezen zeep, voorkomt dat de buizen in druppeltjes uiteenvallen. Hun oppervlakteactieve stof is zo goed in zijn werk, de wetenschappers noemen het een superzeep met nanodeeltjes.

De superzeep werd bereikt door gouden nanodeeltjes in water en polymeerliganden in olie te dispergeren. De gouden nanodeeltjes en polymeerliganden willen zich aan elkaar hechten, maar ze willen ook in hun respectievelijke water- en oliemedia blijven. De liganden zijn ontwikkeld met hulp van Brett Helms van de Molecular Foundry, een DOE Office of Science User Facility in Berkeley Lab.

In praktijk, kort nadat het water in de olie is geïnjecteerd, tientallen liganden in de olie hechten aan individuele nanodeeltjes in het water, het vormen van een nanodeeltjes superzeep. Deze superzepen klonteren samen en verglazen, zoals glas, die het grensvlak tussen olie en water stabiliseert en de vloeibare structuren op hun plaats houdt.

"Deze stabiliteit betekent dat we water in een buis kunnen rekken, en het blijft een buis. Of we kunnen water in een ellipsoïde vormen, en het blijft een ellipsoïde, "zei Russell. "We hebben deze superzeep met nanodeeltjes gebruikt om buizen met water te printen die enkele maanden meegaan."

Daarna kwam de automatisering. Forth heeft een kant-en-klare 3D-printer aangepast door de componenten die zijn ontworpen om plastic te printen te verwijderen en te vervangen door een spuitpomp en naald die vloeistof extrudeert. Vervolgens programmeerde hij de printer om de naald in het oliesubstraat te steken en water te injecteren in een vooraf bepaald patroon.

"We kunnen vloeistof uit een naald persen, en plaats waterdraden waar we maar willen in drie dimensies, " zei Forth. "We kunnen het materiaal ook pingen met een externe kracht, die tijdelijk de stabiliteit van de supersoap verbreekt en de vorm van de waterdraden verandert. De structuren zijn eindeloos herconfigureerbaar."