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Aug 31, 2023

導電性金属ゲルを使用して室温で 3D 金属オブジェクトを印刷

エド・ブラウン マイケル・ディッキー教授: そうですね、それは良い質問ですね。 実を言うと、私にはとても優秀な生徒がいて、好奇心旺盛で、私たちをこの道に進ませるきっかけになってくれたのです。 でもちょっとした歴史があるんです

エド・ブラウン

マイケル・ディッキー教授：そうですね、それは良い質問ですね。 実を言うと、私にはとても優秀な生徒がいて、好奇心旺盛で、私たちをこの道に進ませるきっかけになってくれたのです。 しかし、それ以前には少し歴史がありました。 私たちのグループは約 15 年ほど液体金属の研究に取り組んできました。 通常、私が液体金属について人々に話すとき、彼らは水銀を思い浮かべます。 しかし、これらは実際にはガリウムの合金で作られた金属です。

周期表を見ると、ガリウムはアルミニウムのすぐ下にあります。 おそらく新入生の化学で、周期表の同じ列にあるものは兄弟または姉妹のようなものであるということを覚えているでしょう。 したがって、ガリウムとアルミニウムは、ガリウムの融点が非常に低いことを除いて、非常によく似ています。 この材料を使うと電気回路のようなものを作ることができるので、私たちはこの材料を研究してきましたが、主にそれをパターン化する方法を考え出そうとしていました。

水などの液体の表面では、通常、表面張力により球形が形成されます。 しかし、液体ガリウムは一種のファンキーな形をしています。 なぜそのような形状になっているかというと、金属が空気と反応して酸化物を形成するためです。 少量の酸を摂取すると、その蒸気は酸化物を溶解して除去するのに十分です。 それがなければ、金属は球のように玉状になります。

つまり、これは私の人生の最後の10年間でした。

私たちはその現象を有利に利用してきました。 基本的に、薄いシェルは金属上にすぐに形成され、実際に 3D プリントできるほど十分な強度があります。 室温で金属を印刷して形状を作ることができるので、これは興味深いです。 水やコーヒーなど、日常生活で目にするほとんどすべての液体でこれを行おうとしても、それは不可能です。

ディッキー:背景について質問されましたが、これは私たちが作業していた空間です。ノズルから液体を分配すると、液体は液滴として出てきます。これは、液体が流れる大部分の経路は水のようなものですが、その後、表面に殻を形成します。表面。 長い間、私はこのものが歯磨き粉やジェルのように吐出されることを好んでいました。

課題は、どうやってそれを円柱のように押し出すことができるかということです。 いくつかのことを行うために必要です。 1つはノズルから吐出できること。 そして、ノズルから出た後は、その形状を保持する必要があります。これが最低限の要件です。 しかし、それ以上に、導電性があり、できれば適切な機械的特性が必要です。 私たちはそれを液体にして、ゴムチューブの中に液体金属を入れて伸縮性のあるワイヤーを作るのに使用できるようにしたいと考えました。 ワイヤーはゴムの中に液体が入っているので非常に伸縮します。 ゴムのように伸縮性がありますが、金属のように導電性があります。

しかし、私は常々、室温で金属を印刷し、それを固化させることができるかどうか疑問に思っていました。 答えは「はい」です。 それをこのメタリックゲルで実現しました。 この作品では、砂粒から作られる砂の城からインスピレーションを得ました。 乾燥しすぎたり、湿りすぎたりするとうまくいきませんが、濡れた砂のように少し水を含ませれば、城を建てることができます。 これを建設できる理由は、振り子橋、または液体橋と呼ばれる、砂の粒子を引き寄せる小さな橋があるからです。 私たちの場合、液体金属で満たされた球体は砂の粒子のようなものになります。 それで、私たちはこれができるかどうか疑問に思っていましたが、大きな砂の粒子の代わりに大きな銅の粒子がありました。橋は液体金属になるでしょうか? 繰り返しますが、答えは「はい」です。

銅粒子を液体金属と混合し、次に水を加えます。 pH が 1 なのは、金属間結合を形成するために酸化物が存在することを望まないためです。 これらのものを混ぜ合わせるだけで、組成が適切であれば、歯磨き粉のようなジェルが形成されます。

あなたが電子であれば、通過する経路が存在するのに対し、液体金属がなければ銅粒子はうまく接触しないことを想像してみてください。

ディッキー:ゲルで重要なことは、ネットワークが必要であるということです。 すべての粒子、またはほとんどの粒子が相互に接続されているネットワークを想像してください。 マテリアル全体を通るパスがあります。 それは液体内の骨格、つまり材料をまとめる枠組みのようなものです。