Newswise — Новый метод 3D-печати, разработанный инженерами Калифорнийского университета в Сан-Диего, настолько прост, что для создания твердых структур используются полимерные чернила и раствор соленой воды. Работа, опубликованная в Природные коммуникации имеет потенциал сделать производство материалов более устойчивым и экологически чистым.

В этом процессе используется жидкий раствор полимера, известный как поли(N-изопропилакриламид) или сокращенно ПНИПАМ. Когда эти чернила PNIPAM выдавливаются через иглу в раствор соли хлорида кальция, они мгновенно затвердевают при контакте с соленой водой. Исследователи использовали этот процесс для легкой печати твердых структур.

Такое быстрое затвердевание обусловлено явлением, называемым эффектом высаливания, когда ионы соли вытягивают молекулы воды из раствора полимера из-за их сильного притяжения к воде. Удаление воды приводит к тому, что гидрофобные полимерные цепи в чернилах PNIPAM плотно агрегируются, образуя твердую форму.

«Все это делается в условиях окружающей среды, без необходимости дополнительных действий, специального оборудования, токсичных химикатов, тепла или давления», — сказал старший автор исследования Джинхе Бэ, профессор кафедры химической и наноинженерии семьи Айсо Юфэн Ли в Университете. Инженерная школа Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Традиционные методы отверждения полимеров обычно требуют энергоемких этапов и использования агрессивных веществ. Напротив, этот новый процесс использует простое взаимодействие между PNIPAM и соленой водой при комнатной температуре для достижения того же результата, но без ущерба для окружающей среды.

К тому же этот процесс обратим. Образующиеся твердые структуры легко растворяются в пресной воде, возвращаясь в жидкую форму. Это позволяет повторно использовать чернила PNIPAM для дальнейшей печати. «Это предлагает простой и экологически чистый подход к переработке полимерных материалов», — сказал Бэ.

Чтобы продемонстрировать универсальность своего метода, исследователи напечатали структуры из чернил PNIPAM, содержащих другие материалы. Например, они напечатали электрическую схему, используя чернила из ПНИПАМ, смешанные с углеродными нанотрубками, которые успешно питали лампочку. Эту печатную схему также можно растворить в пресной воде, что демонстрирует потенциал для создания водорастворимых и пригодных для вторичной переработки электронных компонентов.

Бэй и ее команда полагают, что эта простая и обратимая техника 3D-печати может способствовать развитию экологически чистых технологий производства полимеров.

Доклад: «Экологичная 3D-печать за счет обратимых эффектов высаливания водными растворами солей». В число соавторов входят Донхван Цзи, Джозеф Лю, Цзяюй Чжао, Минхао Ли и Юми Ро, Калифорнийский университет в Сан-Диего; и Хваншу Шинг и Тэ Хи Хан, Университет Ханьян, Корея.

Эта работа была поддержана Национальным научным фондом через Центр исследований материалов и инженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего (MRSEC, грант DMR-2011924) и Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд Кореи, финансируемую Министерством образования (грант RS -2023-00241263).

Раскрытие информации: Джинхе Бэ, Джозеф Лю и Донхван Джи подали патент на эту работу через Управление инноваций и коммерциализации Калифорнийского университета в Сан-Диего. Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.