yl6809永利官网复杂三维 (3D) 金属结构的直接写入可用于先进电子产品的开发。然而，传统的直接墨水书写主要使用导电率低的复合墨水，并且需要支撑材料来创建 3D 架构。

　　鉴于此，新加坡国立大学Benjamin C. K. Tee与John S. Ho团队展示了Field金属（一种熔点相对较低的共晶合金）可以通过喷嘴中的熔融金属与打印部件前缘之间的张力进行3D打印，从而可以直接写入3D结构。张力的使用避免了使用外部压力进行挤压（这可能会导致打印结构出现成珠），从而允许以高达100 mm s−1的速度在各种基材上打印均匀且光滑的微线结构。他们使用该方法打印各种独立的3D结构，包括垂直字母、立方框架和可扩展的螺旋，无需进行后处理，所得Field的金属结构可以提供2 × 104 S cm−1的电导率，自组装愈合能力和可回收性。他们还使用该技术打印用于可穿戴式无电池温度传感的3D电路、用于无线生命体征监测的半球形螺旋天线D超材料。相关研究成果以题为《Tension-driven three-dimensional printing of free-standing Field’s metal structures》发表在最新一期《Nature Electronics》上，第一作者为新加坡国立大学博士后凌少华，南方科技大学2018年本科毕业生。

　　CHARM3D打印系统如图1a所示，由一个集成加热器的商用打印头和一个四轴微型定位平台组成。该系统可以在x、y和z轴上移动，并在x-y平面上旋转。与依赖气动压力控制器或机械泵的传统3D打印机不同，该系统在运行时墨水筒对空气开放，依靠张力和剪切力驱动熔融金属。作者对比了压力驱动的直接墨水书写(DIW)和张力驱动的CHARM3D（图1b），其中压力驱动的直接墨水书写(DIW)是由于施加的压力使熔融金属的氧化皮破裂而发生成珠，而张力驱动的CHARM3D无需外部压力即可打印连续、光滑的导线D方法生产均匀的金属线，与压力驱动DIW产生的串珠结构进行比较。喷嘴内径(ID)、打印头温度和打印速度均会影响平面2D打印分辨率的参数（图1d）。线 μm之间调节，最佳打印速度在10至100 mm/s之间，以避免堵塞或振动。图1e说明了CHARM3D无需支撑即可打印独立式3D结构（例如立方体框架）的能力，展示了打印金属结构的刚性、稳定性和导电性。图1f提供了在各种基材上打印的独立3D结构的示例，突出了该技术的多功能性。

　　CHARM3D 技术允许创建独立的 3D 结构，无需支撑材料。这是通过在喷嘴尖端处附着少量金属残留物来开始打印来实现的，这些金属残留物粘附在基材上。当喷嘴移动时，它会拉动熔融金属，熔融金属在冷却后立即凝固，形成稳定的结构。该技术可以创建复杂的设计，例如直立字母、立方体框架和可扩展的螺旋结构（图2）。印刷结构实现了高纵横比、优异的结构保持力和2×104 S cm−1的电导率。它们还具有自愈能力，这对于电子应用的长期可靠性至关重要。打印过程涉及用少量熔融金属启动喷嘴以润湿管子。一旦启动，喷嘴可以长期重复使用而不会堵塞。张力驱动方法允许连续打印熔融金属丝，这些金属丝在挤出后立即固化，无需外部支撑材料。

　　CHARM3D的热物理原理对其成功至关重要。Field金属具有高表面张力和低粘度，有利于创建均匀的金属线。Field金属在室温下的快速凝固支持独立结构的形成，而无需额外的支撑。使用张力而不是压力可确保氧化皮保持完整，防止形成水珠并确保熔融金属的平稳、连续流动。

　　利用CHARM3D打印的field金属结构具有自修复特性。当打印结构受损时，只需施加少量热量，金属就能重新熔化并自我修复，从而恢复导电性。这种特性对于灵活性和耐用性至关重要的可穿戴电子设备尤为重要。此外，该技术能够打印 3D 电路，从而能够开发出外形紧凑、功能增强的先进电子设备。例如，本文演示了用于可穿戴式无电池温度传感的 3D 印刷电路。该电路可以集成到衣服或其他可穿戴物品中，无需外部电源即可提供连续监控。

　　【3D打印天线D 打印天线D 的另一个有前景的应用。打印独立式复杂 3D 形状的能力允许创建具有改进的方向性和灵敏度的天线。该文章展示了一种专为无线生命体征监测而设计的半球形螺旋天线D 螺旋天线相比，

　　通过利用Field金属的独特特性和张力驱动方法，作者开发了一种创建高纵横比、独立式3D金属结构的方法，该结构具有出色的导电性和自愈能力

　　CHARM3D的功能和优势。从打印系统的设计到打印参数的探索以及各种打印结构的演示，这些图说明了这种创新技术改变3D打印和电子设备制造领域的潜力。

　　来源：高分子科学前沿声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！

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