Investigadores crean gel metálico altamente conductivo para impresión 3D

Bruno I. Scollo

Los investigadores han desarrollado un gel metálico que es altamente conductor de la electricidad y se puede utilizar para imprimir objetos sólidos tridimensionales (3D) a temperatura ambiente.

“La impresión 3D ha revolucionado la fabricación, pero no conocemos tecnologías anteriores que permitieran imprimir objetos metálicos 3D a temperatura ambiente en un solo paso”, dice Michael Dickey, coautor de un artículo sobre el trabajo y el Camille. & Henry Dreyfus Profesor de Ingeniería Química y Biomolecular en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. “Esto abre la puerta a la fabricación de una amplia gama de componentes y dispositivos electrónicos”.

Para crear el gel metálico, los investigadores comienzan con una solución de partículas de cobre a escala micrométrica suspendidas en agua. Luego, los investigadores agregan una pequeña cantidad de una aleación de indio y galio que es un metal líquido a temperatura ambiente. A continuación, la mezcla resultante se agita.

A medida que se agita la mezcla, el metal líquido y las partículas de cobre esencialmente se adhieren entre sí, formando una “red” de gel metálico dentro de la solución acuosa.

“Esta consistencia similar a un gel es importante, porque significa que tiene una distribución bastante uniforme de partículas de cobre en todo el material”, dice Dickey. “Esto hace dos cosas. Primero, significa que la red de partículas se conecta para formar vías eléctricas. Y segundo, significa que las partículas de cobre no se precipitan fuera de la solución y obstruyen la impresora”.

El gel resultante se puede imprimir con una boquilla de impresión 3D convencional y conserva su forma cuando se imprime. Y, cuando se deja secar a temperatura ambiente, el objeto 3D resultante se vuelve aún más sólido y conserva su forma.

Sin embargo, si los usuarios deciden aplicar calor al objeto impreso mientras se seca, pueden suceder algunas cosas interesantes. Los investigadores encontraron que la alineación de las partículas influye en cómo se seca el material. Por ejemplo, si imprimió un objeto cilíndrico, los lados se contraerían más que la parte superior e inferior a medida que se seca. Si algo se está secando a temperatura ambiente, el proceso es lo suficientemente lento como para no crear un cambio estructural en el objeto. Sin embargo, si aplica calor, por ejemplo, colóquelo bajo una lámpara de calor a 80 grados centígrados, el secado rápido puede causar deformación estructural. Debido a que esta deformación es predecible, eso significa que puede hacer que un objeto impreso cambie de forma después de imprimirlo controlando el patrón del objeto impreso y la cantidad de calor a la que está expuesto el objeto mientras se seca.

“En última instancia, este tipo de impresión en cuatro dimensiones, las tres dimensiones tradicionales más el tiempo, es una herramienta más que se puede usar para crear estructuras con las dimensiones deseadas”, dice Dickey. “Pero lo que nos parece más emocionante de este material es su conductividad.

“Debido a que los objetos impresos terminan siendo hasta un 97,5 % de metal, son altamente conductivos. Obviamente, no es tan conductor como el alambre de cobre convencional, pero es imposible imprimir alambre de cobre en 3D a temperatura ambiente. Y lo que hemos desarrollado es mucho más conductivo que cualquier otra cosa que se pueda imprimir. Estamos muy entusiasmados con las aplicaciones aquí.

“Estamos abiertos a trabajar con socios de la industria para explorar aplicaciones potenciales, y siempre estamos felices de hablar con colaboradores potenciales sobre futuras direcciones para la investigación”, dice Dickey.

Fuente: https://www.eurekalert.org/news-releases/994166