高導電性金属ゲルが室温での3Dプリントを可能にする

高導電性金属ゲルが室温での3Dプリントを可能にする
出典:科技日報

5日付マター誌の報道によると、米国ノースカロライナ州立大学の研究者らを含むチームが、導電性が高く、常温で三次元(3D)の固体を印刷できる金属ゲルを開発した。この技術により、多種多様な電子部品やデバイスの製造が可能になります。

導電性の高い金属ゲルを使用して印刷された 3D 金属クモ。 (画像提供: ノースカロライナ州立大学/マイケル・ディッキー)
金属ゲルを作るために、研究者たちはまず、水中に浮遊するマイクロメートルサイズの銅粒子の溶液から始め、これに室温で液体金属であるインジウムガリウム合金を少量加えた。次に、混合物をかき混ぜて、液体金属と銅粒子が本質的に互いにくっつき、水溶液中に金属ゲル「ネットワーク」を形成するようにした。

ゲルの粘稠度は、銅粒子が材料全体にかなり均等に分散していることを示しているため重要であると、ノースカロライナ州立大学の化学および生体分子工学教授で共著者のマイケル・ディッキー氏は説明した。まず、これは粒子のネットワークが互いに接続して電子経路を形成することを意味します。次に、銅粒子が溶液から沈殿してプリンターを詰まらせることがないことを意味します。

得られたゲルは、従来の 3D 印刷ノズルを使用して印刷することができ、印刷されたオブジェクトの形状を保持することができます。さらに、印刷された 3D オブジェクトを室温で乾燥させると、強度が増します。

興味深いことに、研究者たちは、粒子の配置方法が材料の乾燥方法に影響を与える可能性があることを発見しました。たとえば、円筒形のオブジェクトを印刷すると、乾燥すると上部と下部よりも側面が大きく収縮します。物体を室温で乾燥させる場合、プロセスは遅くなり、物体の構造変化には影響しません。 80℃のヒートランプで急速乾燥するなど加熱すると、構造が変形する可能性があります。

この変形は予測可能なので、印刷物のパターンや乾燥時に加える熱を制御することで、印刷物の形状を変化させることができることになります。

この研究では、印刷された物体には最終的に最大 97.5% の金属が含まれるため、導電性が非常に高いことも判明しました。従来の銅線ほど導電性はありませんが、室温で銅線を 3D プリントすることは不可能です。

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