科学家3D打印全液体“桥梁”

发布者:匿名 2019-04-28 浏览量:1780


摘要:研究人员已经3D打印了一个全液体的“芯片实验室”,只需点击一个按钮,就可以根据需要反复重新配置,以满足广泛的应用——从制造电池材料到筛选候选药物。

图片来源:伯克利实验室

为了制作可3D打印的流体设备,伯克利实验室的研究人员设计了一种特殊图案的玻璃基板。 当两种液体 - 一种含有纳米级粘土颗粒,另一种含有聚合物颗粒打印到基底上时,它们在两种液体的界面处聚集在一起,并在几毫秒内形成直径约1毫米的非常薄的通道或管

“我们所展示的是非凡的。我们的3D打印设备可以根据需要进行多步骤、复杂的化学反应”领导这项研究的伯克利实验室材料科学部和分子铸造部的科学家布雷特·赫尔姆斯说。更令人惊讶的是,这种多功能平台可以重新配置,以高效、精确地结合分子,形成非常特殊的产品,如有机电池材料。”

这项研究的结果发表在《自然通讯》杂志上,是伯克利实验室用3D打印机制造液体材料的一系列实验中的最新成果

去年,由赫尔姆斯和托马斯·拉塞尔共同撰写的一项研究,他是马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的客座研究员,在伯克利实验室的材料科学部门领导了面向结构化液体项目的自适应界面组件,开创了一种打印各种液体结构的新技术——从液滴到液体的螺旋线——在另一种液体中。

赫尔姆斯说:“在那次成功的演示之后,我们聚在一起集思广益,讨论如何使用液体打印来制造功能正常的设备。然后我们想到:如果我们可以在特定的通道中打印液体并在不破坏液体的情况下将其流过液体,那么我们就可以为广泛的应用制造有用的流体装置,从新型小型化学实验室到电池和电子设备。

为了制作可打印3D的流体设备,主要作者、伯克利实验室材料科学部博士后研究员文倩峰音译设计了一种特殊图案的玻璃基板。当两种液体——一种含有纳米级粘土颗粒,另一种含有聚合物颗粒——打印到基底上时,它们在两种液体的界面处聚集在一起,在毫秒内形成一个直径约1毫米的非常薄的通道或管道。

一旦形成通道,催化剂可以放置在装置的不同通道中。然后,用户可以在通道之间3D打印桥接件,将它们连接起来,使流经通道的化学物质以特定顺序遇到催化剂,引发一系列化学反应以产生特定的化合物。当由计算机控制时,这个复杂的过程可以自动“执行与催化剂放置相关的任务,在设备内构建液桥,并运行制造分子所需的反应序列”Russell说。

多任务装置还可以被编程为像人工循环系统一样工作,该系统分离流过通道的分子并在其继续将特定催化剂的桥连接序列打印时自动去除不需要的副产物,并执行化学合成步骤。

“这些设备的形式和功能仅受研究人员的想象力限制自主合成是化学和材料界的一个新兴领域,我们用于全液体流动化学的3D打印设备技术有助于在建立该领域中发挥重要作用。”赫尔姆斯解释说

Russell补充说:“伯克利实验室的材料科学和化学专业知识的结合,以及来自世界各地的研究人员可以使用世界一流的用户设施,以及吸引到实验室的年轻人才是独一无二的。我们不可能在其他地方开发这个程序。”

 “研究人员下一步计划使用导电纳米颗粒设备的壁进行通电,以扩大可以探索的反应类型有了我们的技术,我们认为还应该有可创造出全液体电路、燃料电池,甚至电池我们的团队将流体和流动化学结合起来,既方便用户又可用户编程,这真是令人兴奋。”赫尔姆斯说

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