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Aug 28, 2023

Imprima objetos de metal 3D em temperatura ambiente usando um gel metálico condutor

Ed Brown Professor Michael Dickey: Bem, essa é uma boa pergunta. A verdade é que tive um aluno muito bom, curioso e que nos ajudou a seguir esse caminho. Mas há um pouco de história

Ed Brown

Professor Michael Dickey: Bem, essa é uma boa pergunta. A verdade é que tive um aluno muito bom, curioso e que nos ajudou a seguir esse caminho. Mas há um pouco de história que precedeu isso. Nosso grupo trabalha há cerca de 15 anos com metais líquidos. Normalmente, quando falo às pessoas sobre metais líquidos, elas pensam em mercúrio. Mas na verdade são metais feitos de ligas de gálio.

Se você olhar a tabela periódica, o gálio está logo abaixo do alumínio. Você provavelmente se lembra, do primeiro ano de química, que se as coisas estão na mesma coluna da tabela periódica, são como irmãos ou irmãs. Portanto, o gálio e o alumínio são muito semelhantes, exceto que o gálio tem um ponto de fusão muito baixo. Temos estudado esse material, principalmente tentando descobrir formas de padronizá-lo, porque ele nos permite fazer coisas como circuitos elétricos.

Na superfície dos líquidos, incluindo a água, a tensão superficial normalmente faz com que eles formem formas esféricas. Mas o gálio líquido tem um formato peculiar. A razão de estar nesse formato é porque o metal reage com o ar e forma um óxido. Se você tomar um pouco de ácido, os vapores serão suficientes para dissolver o óxido. E sem ele, o metal se forma como uma esfera.

Então, esses foram os últimos 10 anos da minha vida.

Temos usado esse fenômeno a nosso favor. Basicamente, uma casca fina se forma rapidamente no metal e é forte o suficiente para que você possa imprimi-la em 3D. Isso é interessante porque você pode imprimir metais em temperatura ambiente e fazer formas. Isso não seria possível se você tentasse fazer isso com água, café ou qualquer outro líquido que encontrasse no dia a dia.

Dickey: Você perguntou sobre o fundo - este é o espaço em que estávamos trabalhando. Quando dispensamos o líquido de um bico, ele sai como uma gota, porque a forma como esse material flui é como a água, mas depois forma uma concha. a superfície. Por muito tempo, eu teria preferido que esse produto fosse distribuído mais como pasta de dente ou gel.

O desafio é como fazer com que ele saia e seja extrudado como um cilindro? Você precisa dele para fazer algumas coisas. Uma delas é ser capaz de dispensá-lo a partir de um bico. E então, uma vez fora do bico, você deseja que ele mantenha sua forma - esses são os requisitos mínimos. Mas, além disso, você deseja que seja condutor e, com sorte, tenha propriedades mecânicas decentes. Queríamos que fosse um líquido para que pudéssemos usá-lo para fazer fios elásticos, com o metal líquido dentro de um tubo de borracha. Os fios são muito elásticos porque são líquidos dentro da borracha. É elástico como a borracha, mas ainda condutor como um metal.

Mas sempre me perguntei se seria possível imprimir um metal à temperatura ambiente e depois solidificá-lo. E a resposta é sim. Foi o que fizemos com este gel metálico. Para esse trabalho nos inspiramos nos castelos de areia, que são construídos com grãos de areia. Não vai funcionar se eles estiverem muito secos ou muito molhados, mas se eles pegarem um pouco de água como areia molhada, você poderá construir um castelo. A razão pela qual você pode construí-la é que há uma pequena ponte chamada ponte pendular, ou ponte líquida, que une as partículas de areia. No nosso caso, as esferas cheias de metal líquido seriam como as partículas de areia. Então, estávamos nos perguntando se poderíamos fazer isso, mas em vez de grandes partículas de areia, temos grandes partículas de cobre — seriam as pontes de metal líquido? Novamente a resposta é sim.

Misturamos partículas de cobre com o metal líquido e depois um pouco de água. O pH é 1 porque não queremos óxido ali para podermos formar ligações metal-metal. Nós apenas misturamos essas coisas e, se você acertar a composição, formará um gel – uma espécie de pasta de dente.

Você pode imaginar que se você for um elétron, agora há um caminho a percorrer, enquanto que sem o metal líquido, as partículas de cobre não estão em bom contato.

Dickey: O principal do gel é que você precisa ter uma rede. Imagine uma rede onde todas as partículas, ou a maioria delas, estão conectadas entre si. Existe um caminho que percorre todo o material. É quase como um esqueleto dentro do líquido – uma estrutura que mantém o material unido.