Ученые научились 3D-печати водой

Разработчики новой технологии — Том Рассел (Tom Russell) и его коллеги из американской Национальной лаборатория имени Лоуренса в Беркли (LBNL) — считают, что когда-нибудь они смогут создать жидкие электронные компоненты для гибких носимых устройств, прецизионных инструментов для медицины и химии.

Пока же им удалось «распечатать» водяные тяжи диаметром от 10 мкм до 1 мм, длиной вплоть до нескольких метров — прямые, спиральные, ветвящиеся. Технология показала, что такие структуры, взвешенные в минеральном масле, сохраняют стабильную форму и возвращаются к ней после деформаций.

«Это совершенно новый класс материалов», — говорит Том Рассел, статья которого опубликована в журнале Advanced Materials. Для их получения ученые использовали основу из минерального масла с добавкой гидрофобных полимерных молекул и «чернила» из воды с добавкой гидрофильных золотых наночастиц. Полимер был подобран таким образом, чтобы соединяться с наночастицами и образовывать структуру с гидрофильной «головкой» и гидрофобным «хвостом».

Эта структура обладает выраженными свойствами поверхностно-активного вещества (ПАВ): на границе воды и масла частицы выстраиваются так, чтобы ориентироваться «хвостами» к маслу, образуя стабильный интерфейс. В отличие от обычного ПАВ, такой слой дополнительно упрочняется за счет горизонтальных взаимодействий полимерных молекул и золотых наночастиц друг с другом.

Стандартный принтер был модифицирован и оснащен шприцем с тонкой иглой для строго дозированных инъекций водяных «чернил». Эксперименты подтвердили, что добавление капли воды (с наночастицами) в масло (с полимером) приводит к образованию стабильной сферы, взвешенной в нужном участке жидкости; тонкая струя воды образует устойчивую трубку. «Если вы вытяните ее в трубку, она останется трубкой, — добавляет Рассел. — Или можно придать воде форму эллипсоида, и она останется эллипсоидом».