Исследовательская группа Smart 3D Printing из Корейского института исследований электротехнологий (KERI) под руководством доктора Сеол Сын-квона совершила прорыв в области 3D-микропечати с использованием двумерного наноматериала MXene. Результаты исследования были опубликованы в престижном научном журнале Small.
MXene, впервые открытый в США в 2011 году, представляет собой двумерный наноматериал, состоящий из чередующихся слоев металла и углерода. Этот материал обладает высокой электропроводностью и способностью к электромагнитному экранированию, а также легко комбинируется с различными металлическими химическими соединениями. Благодаря этим свойствам MXene находит широкое применение в высокоэффективных аккумуляторах и системах электромагнитного экранирования.
Несмотря на перспективность MXene, его использование в 3D-печати до сих пор сталкивалось с серьезными трудностями. Традиционные методы требовали добавления связующих веществ, которые ухудшали исходные свойства материала. Кроме того, существовала проблема оптимальной вязкости чернил: высокая концентрация приводила к засорению сопел печатающих головок, а низкая не позволяла создавать желаемые структуры.
Команда KERI нашла инновационное решение этих проблем, применив уникальный метод Meniscus. Этот метод основан на эффекте мениска, когда капля образует изогнутую поверхность на внешней стенке благодаря капиллярному действию. Исследователи разработали наночернила для 3D-печати, диспергировав высокогидрофильный MXene в воде без использования связующих веществ, что позволило печатать высокоточные микроструктуры даже при низкой вязкости.
Процесс печати включает несколько этапов: сначала чернила выбрасываются из сопла 3D-принтера, затем наноматериалы распыляются через канал мениска. По мере испарения воды (растворителя) с поверхности мениска, сильные межмолекулярные силы (силы Ван-дер-Ваальса) связывают наночастицы. Этот непрерывный процесс создает проводящую 3D-микроструктуру с исключительными характеристиками.
Достижения команды KERI впечатляют: разрешение печати составляет 1,3 микрометра, что в 270 раз превышает возможности существующих технологий и примерно в 100 раз тоньше человеческого волоса. Важно отметить, что свойства MXene максимально сохраняются благодаря отсутствию добавок.
Потенциальные применения этой технологии обширны. В аккумуляторах и устройствах хранения энергии увеличенная площадь поверхности и плотность интеграции максимизируют эффективность переноса ионов и повышают плотность энергии. В системах электромагнитного экранирования производительность улучшается за счет внутренних многократных отражений и эффектов поглощения. Различные датчики также выигрывают от повышенной чувствительности и эффективности.
KERI активно ищет компании для коммерциализации своей разработки. Институт стремится занять лидирующие позиции на рынке с помощью технологии 3D-печати на основе наночернил, ориентируясь на растущий спрос на сверхмалые, гибкие электронные устройства (Form-Factor Free). Эта инновационная технология открывает новую главу в микропечати и обещает революционные изменения в различных отраслях промышленности.
Изображение носит иллюстративный характер
MXene, впервые открытый в США в 2011 году, представляет собой двумерный наноматериал, состоящий из чередующихся слоев металла и углерода. Этот материал обладает высокой электропроводностью и способностью к электромагнитному экранированию, а также легко комбинируется с различными металлическими химическими соединениями. Благодаря этим свойствам MXene находит широкое применение в высокоэффективных аккумуляторах и системах электромагнитного экранирования.
Несмотря на перспективность MXene, его использование в 3D-печати до сих пор сталкивалось с серьезными трудностями. Традиционные методы требовали добавления связующих веществ, которые ухудшали исходные свойства материала. Кроме того, существовала проблема оптимальной вязкости чернил: высокая концентрация приводила к засорению сопел печатающих головок, а низкая не позволяла создавать желаемые структуры.
Команда KERI нашла инновационное решение этих проблем, применив уникальный метод Meniscus. Этот метод основан на эффекте мениска, когда капля образует изогнутую поверхность на внешней стенке благодаря капиллярному действию. Исследователи разработали наночернила для 3D-печати, диспергировав высокогидрофильный MXene в воде без использования связующих веществ, что позволило печатать высокоточные микроструктуры даже при низкой вязкости.
Процесс печати включает несколько этапов: сначала чернила выбрасываются из сопла 3D-принтера, затем наноматериалы распыляются через канал мениска. По мере испарения воды (растворителя) с поверхности мениска, сильные межмолекулярные силы (силы Ван-дер-Ваальса) связывают наночастицы. Этот непрерывный процесс создает проводящую 3D-микроструктуру с исключительными характеристиками.
Достижения команды KERI впечатляют: разрешение печати составляет 1,3 микрометра, что в 270 раз превышает возможности существующих технологий и примерно в 100 раз тоньше человеческого волоса. Важно отметить, что свойства MXene максимально сохраняются благодаря отсутствию добавок.
Потенциальные применения этой технологии обширны. В аккумуляторах и устройствах хранения энергии увеличенная площадь поверхности и плотность интеграции максимизируют эффективность переноса ионов и повышают плотность энергии. В системах электромагнитного экранирования производительность улучшается за счет внутренних многократных отражений и эффектов поглощения. Различные датчики также выигрывают от повышенной чувствительности и эффективности.
KERI активно ищет компании для коммерциализации своей разработки. Институт стремится занять лидирующие позиции на рынке с помощью технологии 3D-печати на основе наночернил, ориентируясь на растущий спрос на сверхмалые, гибкие электронные устройства (Form-Factor Free). Эта инновационная технология открывает новую главу в микропечати и обещает революционные изменения в различных отраслях промышленности.
