液态金属“立”起来！

　　文/钟润荷（厦门大学）

　　近日，厦门大学材料学院白华教授与胡晓兰副教授团队的研究取得重要进展。经过连续3年的刻苦钻研，他们制备的一种新型液态金属高内相乳液凝胶，可以被直接用于3D打印，同时首次实现通过施加电场来激活油墨导电性能，并最终实现了液态金属在多种复杂场景中的3D打印，相关成果在线发表于《自然·通讯》。

　　当液态金属遇上3D打印

　　液态金属在常温下呈现液态，可以随意改变形状，同时具有良好的导电性，是可穿戴和可植入生物设备以及软机器人领域重要的材料。

　　3D打印是重要的材料加工技术，液态金属与其结合可以给材料加工带来更多的可能。但3D打印制造物件是自下而上的过程，这要求使用的材料需要有一定的固态，流动的液态金属显然无法做到。

　　如何让二者结合起来，以实现“1+1＞2”的效果，是白华教授团队要解决的难题。白华说：“我们一直在找一种方法，可以让液态金属保持我们希望的形状，能像盖高楼一样，在三维空间‘竖’起来。”

　　白华教授团队博士生林泽文想到，原本流动且具有黏性的蛋清，经过打发后会发泡并转变为形状相对稳定的蓬松泡沫，失去了原有的流动性。如果在液态金属中加入某种材料将它变成介于液体和固体之间的乳液，在颗粒之间形成堆积，也就可以让它保持自身的形状，像奶油一样“支棱”起来。

　　当幸运来敲门

　　这样的关键材料到底是什么呢？

　　从202 1年起，林泽文一直在思索这个问题。

　　这种材料要让液态金属“发泡”，但是在打印之后又不能影响液态金属本身的导电性，就像消失了一样。林泽文在使用洗手凝胶时发现其在被使用后会消失，这启发他尝试将洗手凝胶与液态金属相结合，看看会发生什么作用。

　　林泽文幸运地发现洗手凝胶中的关键成分——Carbopol分子与液态金属是“天造地设的一对”，它和液态金属表面可以发生相互作用，在被类似奶茶搅拌器的装置高速搅拌后，它能使液态金属形成微小的液滴堆积在一起，从而形成一种类似乳液的液态金属墨水。将这种液态金属墨水从打印机的喷嘴中挤出后，还能够保持三维形状，就好像奶油从裱花嘴中被挤出。

　　正如奶油打发需要一定的配料，液态金属墨水的配制并不是简单地把洗手凝胶与液态金属直接混合，而需要去调配最理想的配比。凝胶与液态金属要如何配比，需要进行多久的搅拌，在打印的过程中该用怎样的气压、多大的针头，这些数据都要进行一次次实验才可以确定。林泽文说：“有了思路，就必须去做。做了可能会失败，但是不做肯定不会成功。”

　　在后续实验中，就像是幸运在敲门，林泽文惊喜地发现即使“洗手凝胶”是绝缘的，但是在通电情况下，依然可以让液态金属墨水保持高导电性。这一偶然的发现，让林泽文惊喜万分，当时“连饭都不想吃了，只想赶紧去实验室做实验”。

　　林泽文用自己的实验与研究接住了这份幸运，在白华教授与胡晓兰副教授的指导下，他作为第一作者，将有关液态金属3D打印的相关研究成果在线发表于《自然·通讯》上。

　　分工不同的科研“同事”

　　“好的课题是做出来的，学生们最好的科研灵感来源就是他们自己。”白华教授与胡晓兰副教授的团队氛围是宽松的，只要是在学术上、应用上有价值的课题，白华都会鼓励同学们勇敢去尝试，他觉得科学研究并不是学生在给老师“打工”，导师和学生其实是分工不同的科研“同事”，缺一不可。

　　白华会给学生们足够多的空间去探索感兴趣的课题，让他们自主进行实验与研究，以培养独立解决问题和从事科研工作的能力，希望“学生们在科研中真正学到方法，感受到乐趣”。白华会在适当的时候给出指导，“导师是会在学生独立探索遇到困难时施以援手的那个人。”

　　林泽文在液态金属3D打印上所选择的材料与混合方式，基本是由他自己实验探索出来。而当林泽文被理论知识困住导致无法解释原理时，白华便多次与他深入交流，并送给他一本与砂浆泵相关的书——《金属矿膏体流变学》。“刚开始我很疑惑，砂浆泵与液态金属有什么相关性呢？”在阅读之后，林泽文发现砂浆泵在性质上其实可以类比液态金属，他不得不感叹白老师早已为自己指点了明路，只是在等着他亲自去发现答案而已。

　　白华教授与胡晓兰副教授的团队主要研究高分子材料，他们主要使用有机材料去研究能源和传感领域的一些问题，用有机材料去做能量的转化、存储和传感工作。未来，白华教授与胡晓兰副教授的团队会继续进行液态金属3D打印方向的研究，围绕此方向不断深入挖掘，进行研究的延续工作，探究制品的可重复性和稳定性。同时，团队将尝试将液态金属与其他工业材料结合，以推进其在实际产业中的应用。

　　责任编辑：丁莉莎

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