用3D打印機制作出帶有毫米大小花瓣的半透明小蓮花 -- 這真的很吸引眼球，但話說回來，打印機的技術現在也是真的相當不錯。

但要做到這一點，“它”是指用一種固體來建造物體的過程，這種固體在擠壓后變成液體，流經針頭，在氣凝膠干燥時又變為固體，這種材料的空氣含量超過99%。瑞士研究人員最近宣布，經過三年的研究，這種材料在添加劑制造方面取得了突破性進展。潛在的應用包括建造微小的，薄的，節省電路板空間的超級電容器，以及定制形狀，幫助保持醫療植入物在體內保持狀態。

今年8月，研究人員揭開了一系列復雜的演示用氣凝膠網格、立方體和蓮花的帷幕，這些網格、立方體和蓮花使用3D微打印技術制造，其結構厚度僅為十分之一毫米。

氣凝膠是納米多孔固體；美國宇航局有時稱之為液體或冰凍煙霧（航天局廣泛使用氣凝膠，其中包括一項捕捉星際彗星塵埃的任務）。它們可以由二氧化硅、石墨烯或任何其他基材制成。

硅氣凝膠是世界上最好的隔熱材料之一，也是互聯網關注的焦點。氣凝膠最引人注目的例子之一是clips of flowers shielded from blowtorches or people protected from flamethrowers。不同的基材會產生不同的氣凝膠特性：石墨烯或金氣凝膠產生導電紙，但卻會制造糟糕的絕緣體。二氧化硅是用來御熱的東西。但是氣凝膠是一種既精致又迷人的材料。它們很難處理，大量生產成本也很高。觸碰太頻繁，它們就會碎裂。它們可以被塑造成或多或少的小尺寸，但迄今為止還不能被加工成微小的物體。

但是，來自瑞士材料科學與技術實驗室Empa的研究團隊，以及聯邦技術研究所ETH zurich和Aargau的Paul Scherrer研究所的同事們都意識到了這種潛在的應用，他們想看看他們是否能夠在微尺度上形成氣凝膠。在過去的十年里，這些團隊一直在使用不同容量的氣凝膠，并開發了一種氣凝膠基的石膏，用于絕緣修復歷史建筑或登錄入冊的名勝古跡。

“如果你能使氣凝膠微型化，成本方面就會大不相同。Empa超級絕緣材料小組的負責人Wim Malfait說：“只要一立方米，你就可以為一部手機制造上百萬個零部件，或者其他材料成本不再重要的東西。問題是如何制造它們。如何使組件符合所需的形狀、大小和格式？”

Empa團隊的3D打印配方將現成的硅膠氣凝膠粉末加入到含有硅前驅體的戊醇溶劑中，使粉末結合在一起。他們首先用刮刀制造墨水，然后在食物攪拌機中以3000轉/分的速度旋轉5分鐘,結果就是糊狀物。將這種漿糊置于壓力下擠壓會使它變成一種液體漿料，很容易通過印刷針流動。這叫做shear thinning。流進針內后，可以逐層按所需形狀打印出來。一旦這個微小的物體形成，他們就用氨氣把物體制成凝膠。

由于凝膠顆粒的體積分數高，油墨表現出剪切稀化行為。結果，它們在打印期間很容易流過噴嘴，但是在打印后它們的粘度迅速增加，從而確保了打印物體保持其形狀。印刷后，硅溶膠在氨氣中凝膠化，以便隨后加工成氣凝膠。印刷的氣凝膠物體是純二氧化硅，并具有典型的二氧化硅氣凝膠的高比表面積（751平方米/克）和超低導熱率（每米每開爾文15.9毫瓦）。此外，作者證明了可以結合功能納米顆粒的簡便性。

印刷后的二氧化硅氣凝膠物體可用于熱管理，用作微型氣泵并降解揮發性有機化合物，從而說明了該方案的潛力。該小組最近在《自然》雜志的一篇論文中列出了研究結果和一些樣本。

Malfait說，瑞士研究所目前正與商業伙伴合作，對絕緣體進行可行性研究。

隔熱是一個復雜的領域，有其他方法可以擴散或控制熱量，而無需定制工程。還有其他的氣凝膠研究正在進行中，例如在新加坡，Hai Duong的團隊也正在使用廢棄的產品，包括棉花廢料和菠蘿葉制作氣凝膠。氣凝膠90年的歷史正朝著希望的應用方向發展，工程師們也一直在堅持。

德國BASF和馬薩諸塞州的合作伙伴Aspen Aerogels正在制造一系列氣凝膠絕緣墊。如果工業界需要的話，這可以為小型、定制、廉價的絕緣體敞開大門。IDTechEx的技術分析師Richard Collins提醒我們，真正的商業成功需要市場拉動，而不是物質推動。

原文標題：微型超輕絕緣體 只需按一下按鈕即可3D打印

文章出處：【微信公眾號：IEEE電氣電子工程師學會】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。

責任編輯：haq