韓國(guó)研發(fā)MXene高分辨率3D打印技術(shù)，達(dá)到1.3微米分辨率，提升270倍

2025年3月10日，南極熊獲悉，韓國(guó)電氣技術(shù)研究院的研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)使用新型材料MXene打印高分辨率3D微結(jié)構(gòu)的技術(shù)。MXene是一種二維納米材料，由金屬層與碳層交替排列構(gòu)成，它以高導(dǎo)電性和電磁屏蔽能力著稱，并且易于與其它金屬化學(xué)品結(jié)合。這使得MXene在高效電池、電磁屏蔽等眾多領(lǐng)域備受矚目。

△Seol Seung-gwon（前排左）和首席研究員團(tuán)隊(duì)與使用Maxine進(jìn)行3D打印的墨水和噴嘴合影

團(tuán)隊(duì)表示，將MXene應(yīng)用于3D打印技術(shù)中，面臨了若干挑戰(zhàn)，其中包括尋找合適的添加劑（粘合劑）以及調(diào)整最佳的墨水粘度。高濃度的MXene墨水可能會(huì)導(dǎo)致移液器噴嘴堵塞，而減少M(fèi)Xene的濃度又會(huì)限制打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力。

△相關(guān)研究題目為“獨(dú)立純MXene微結(jié)構(gòu)的3D打印”（傳送門）

為解決這些問(wèn)題，韓國(guó)電氣技術(shù)研究院的首席研究員Seol Seung-gwon提出了一種創(chuàng)新的“彎月面”方法。所謂彎月面，是指液滴在受到壓力擠壓或拉伸時(shí)形成的曲面，由于毛細(xì)作用，液滴會(huì)保持在爆裂的臨界狀態(tài)，形成外壁曲面。

△MXene材料在3D打印過(guò)程中的行為、機(jī)制以及如何通過(guò)調(diào)整打印參數(shù)來(lái)控制打印結(jié)構(gòu)的形狀和質(zhì)量

創(chuàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)高分辨率微結(jié)構(gòu)打印

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)將親水性極強(qiáng)的MXene散在水中（無(wú)需添加粘合劑），制備出了一種適用于 3D打印的納米墨水。這種墨水能在低粘度條件下實(shí)現(xiàn)高分辨率微結(jié)構(gòu)的打印，從而克服了傳統(tǒng)打印技術(shù)的局限性。

打印原理相對(duì)簡(jiǎn)單：當(dāng)含有MXene納米材料的墨水從3D打印機(jī)的噴嘴噴出時(shí)，彎月面效應(yīng)充當(dāng)了材料噴出的通道。在這一過(guò)程中，溶劑（水）迅速?gòu)膹澰旅姹砻嬲舭l(fā)，而內(nèi)部的范德華力則促使納米材料緊密結(jié)合。通過(guò)連續(xù)移動(dòng)噴嘴并重復(fù)這一過(guò)程，可構(gòu)建出導(dǎo)電的3D微結(jié)構(gòu)。

△通過(guò)調(diào)節(jié)打印參數(shù)來(lái)精確控制打印出的3D打印MXene微結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀

研究團(tuán)隊(duì)所開(kāi)發(fā)的技術(shù)充分利用了MXene不需要額外添加劑的特性，實(shí)現(xiàn)了前所未有的打印分辨率，達(dá)到了驚人的 1.3 微米（µm），相比現(xiàn)有技術(shù)提高了270倍。

Seol Seung-gwon強(qiáng)調(diào)：“我們投入了大量努力來(lái)優(yōu)化MXene墨水的濃度，并精確分析了打印過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種參數(shù)。我們的技術(shù)是世界上首個(gè)利用MXene的優(yōu)勢(shì)，無(wú)需額外的添加劑或后處理步驟，即可創(chuàng)建高強(qiáng)度、高精度3D微結(jié)構(gòu)的成果。”

這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展為3D打印領(lǐng)域帶來(lái)了新的可能性，特別是在制造高性能電子器件和電磁屏蔽組件方面。