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Aug 28, 2023

전도성 금속 젤을 사용하여 실온에서 3D 금속 물체 프린트

Ed Brown Michael Dickey 교수: 음, 좋은 질문이군요. 사실 제게는 호기심이 많고 우리가 이 길을 가도록 이끌어 준 정말 좋은 학생이 있었습니다. 하지만 약간의 역사가 있습니다

에드 브라운

마이클 디키 교수: 좋은 질문이네요. 사실 제게는 호기심이 많고 우리가 이 길을 가도록 이끌어 준 정말 좋은 학생이 있었습니다. 그러나 그 이전에도 약간의 역사가 있습니다. 우리 그룹은 액체 금속에 대해 약 15년 ​​정도 연구해 왔습니다. 보통 사람들에게 액체 금속에 대해 말하면 그들은 수은을 생각합니다. 그러나 이것은 실제로 갈륨 합금으로 만들어진 금속입니다.

주기율표를 보면 갈륨은 알루미늄 바로 아래에 있습니다. 주기율표에서 같은 열에 있는 물질은 형제나 자매와 같다는 것을 신입생 화학 수업에서 기억하실 것입니다. 따라서 갈륨과 알루미늄은 갈륨의 녹는점이 매우 낮다는 점을 제외하면 매우 유사합니다. 우리는 이 물질을 연구해 왔으며 주로 패턴을 만드는 방법을 찾으려고 노력했습니다. 왜냐하면 이를 통해 전기 회로와 같은 것을 만들 수 있기 때문입니다.

물을 포함한 액체 표면에서는 표면 장력으로 인해 일반적으로 구형 모양이 형성됩니다. 그러나 액체 갈륨은 일종의 펑키한 모양을 가지고 있습니다. 이런 모양을 하고 있는 이유는 금속이 공기와 반응하여 산화물을 형성하기 때문입니다. 약간의 산을 섭취하면 증기는 산화물을 용해시키기에 충분합니다. 그리고 그것이 없으면 금속은 구체처럼 구슬처럼 솟아오릅니다.

그리하여 이것이 내 인생의 마지막 10년이 되었습니다.

우리는 그 현상을 유리하게 활용해 왔습니다. 기본적으로 얇은 껍질이 금속 위에 빠르게 형성되고 실제로 3D 프린팅할 수 있을 만큼 충분히 강합니다. 이는 상온에서 금속을 프린팅하고 모양을 만들 수 있다는 점에서 흥미롭습니다. 물이나 커피 또는 일상 생활에서 접하는 거의 모든 다른 액체로 이것을 시도한다면 그것은 불가능할 것입니다.

나귀: 배경에 대해 물으셨는데요. 이곳이 우리가 작업하던 공간입니다. 노즐에서 액체를 분사할 때 액체가 물방울로 나옵니다. 왜냐하면 이 물질이 흐르는 대량의 방식은 물과 같으나 그 위에 껍질을 형성하기 때문입니다. 표면. 오랫동안 나는 이 물질이 치약이나 젤처럼 분배되는 것을 선호했습니다.

문제는 어떻게 원통처럼 튀어나오게 만들 수 있느냐는 것입니다. 몇 가지 작업을 수행하려면 이 정보가 필요합니다. 하나는 노즐에서 분사할 수 있다는 것입니다. 그런 다음 노즐에서 나온 후에는 모양을 유지하기를 원합니다. 이는 최소한의 요구 사항입니다. 그러나 그 이상으로 전도성이 있고 적절한 기계적 특성을 갖기를 원합니다. 우리는 고무 튜브 내부에 액체 금속을 넣어 신축성 있는 와이어를 만드는 데 사용할 수 있도록 액체가 되기를 원했습니다. 와이어는 고무 내부의 액체이기 때문에 매우 신축성이 있습니다. 고무처럼 신축성이 있지만 금속처럼 전도성이 있습니다.

하지만 저는 상온에서 금속을 프린트한 다음 굳힐 수 있는지 항상 궁금했습니다. 대답은 '예'입니다. 이것이 바로 우리가 이 금속 젤로 한 일입니다. 그 작업을 위해 우리는 모래알로 지어진 모래성에서 영감을 받았습니다. 너무 건조하거나 너무 젖으면 안 되지만, 젖은 모래처럼 물이 조금만 닿으면 성을 쌓을 수 있습니다. 당신이 그것을 만들 수 있는 이유는 진자 다리 또는 액체 다리라고 불리는 작은 다리가 있기 때문입니다. 이 다리는 모래 입자를 서로 끌어당깁니다. 우리의 경우 액체 금속으로 채워진 구체는 모래 입자와 같습니다. 그래서 우리는 이것을 할 수 있을지 궁금했지만 큰 모래 입자 대신 큰 구리 입자가 있습니다. 다리가 액체 금속일까요? 이번에도 대답은 '예'입니다.

구리 입자를 액체 금속과 섞은 다음 약간의 물을 섞습니다. pH는 1입니다. 금속-금속 결합을 형성할 수 있는 산화물을 원하지 않기 때문입니다. 우리는 이것들을 함께 섞고, 구성이 올바르면 젤을 형성합니다. 일종의 치약과 같습니다.

당신이 전자라면 이제 통과할 수 있는 경로가 있는 반면, 액체 금속이 없으면 구리 입자는 제대로 접촉되지 않을 것이라고 상상할 수 있습니다.

나귀: 젤의 핵심은 네트워크가 필요하다는 것입니다. 모든 입자 또는 대부분이 서로 연결된 네트워크를 상상해 보십시오. 모든 자료를 관통하는 경로가 있습니다. 이는 액체 내부의 뼈대와 거의 같습니다. 즉, 재료를 함께 고정하는 뼈대입니다.