水を加えるだけ - 研究者らは食塩水の可逆的な塩析効果を利用した新しい3Dプリントインクを開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-8-2 11:57 に最後に編集されました

はじめに:将来的には、特定のアイテムの 3D プリントがより高速、簡単、環境に優しいものになるでしょう。それは、科学者が新しいタイプの3Dプリントインクを開発したからです。インクは液体の状態では簡単に絞り出せますが、生理食塩水に触れるとすぐに固まってしまいます。

△インクを生理食塩水で覆われたスライドガラスに絞り出すと、すぐに固いグリッドが形成されます。
2024年8月2日、アンタークティックベアは、カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者が、塩水に触れるとすぐに液体からゲルに変化する新しいタイプの3Dプリントインクを開発したことを知りました。この特性は、水溶性の使い捨て電子回路、小さな材料を運ぶキャリア、スマートアクチュエータの開発に大きな可能性を秘めています。

△この研究は「食塩水の可逆的な塩析効果を利用した持続可能な3Dプリンティング」というタイトルでネイチャーコミュニケーションズ誌に掲載されました（ポータル）
新しい3Dプリントインクの研究開発技術の背景

ほとんどの人が 3D プリントについて考えるとき、熱溶解積層法 (FDM) という一般的な技術を思い浮かべます。この方法では、溶融ポリマーをノズルから押し出し、冷却して固体状態にしながら層ごとに堆積させて物体を構築します。

ダイレクトインクライティング (DIW) と呼ばれる別の技術でも、ノズルから物質を押し出すことが行われます。しかし、DIW では、物質はゲル状のポリマー「インク」であり、押し出し後にその化学的性質が固体に変化します。 DIW は FDM よりもコスト効率とエネルギー効率に優れている傾向があり、オブジェクトの構築に使用できるポリマーの範囲も広がります。

しかし、この技術の欠点は、液体から固体への移行を促進するために、有毒な化学触媒や架橋剤の使用が必要になることが多いことです。これらの化学物質は人体や環境に潜在的に有害であるだけでなく、印刷後の段階で追加する必要があるため、製造プロセスの期間と複雑さが増します。そのため、新しいインクの開発は特に重要です。

△カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者らは、PNIPAM 3Dプリントインクを研究している。カリフォルニア大学サンディエゴ校のジンヒェ・ベ教授らが開発したこの製品には、ポリ（N-イソプロピルアクリルアミド）（略してPNIPAM）と呼ばれる液体ポリマー溶液が含まれている。カーボンナノチューブやグラフェンフレークなどの機能性材料を液体に混合することができます。

△PNIPAM溶液の相変化に対する塩析の影響 PNIPAMは最初は非常に希薄であるため、わずかな力で針から簡単に絞り出すことができます。インクを塩化カルシウム塩溶液に押し込むと、塩イオンが直ちにインクから水分子を引き出します。これは「塩析」と呼ばれる現象です。インク内に残った疎水性（撥水性）ポリマー鎖が凝集し、インクが瞬時に固体になります。追加された機能素材もそこにロックされます。

△PNIPAMベースの溶液のレオロジー特性
シンプルで持続可能な3Dプリント技術

従来の DIW 印刷とは異なり、PNIPAM 方式では有毒な化学触媒や架橋剤を使用する必要がなく、追加の後処理手順も必要ないため、より環境に優しく効率的です。この方法により、複雑な構造を印刷することができ、印刷された物体は必要に応じて再び使用可能な液体の形に変換できるため、回路基板やスマートデバイスの製造など、幅広い用途に可能性を秘めています。

△可逆的な塩析効果を利用した持続可能な3Dプリンティングとその潜在的な応用研究者らは、一般的に、可逆的な物理的架橋と脱架橋プロセスを通じてPNIPAM溶液インクのリサイクルを促進し、環境に優しい3Dプリンティング技術の開発を促進することが期待されています。現在、この技術は電球に電力を供給する回路基板の印刷に使用されています。

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