牛!靜電紡絲變3D打印機(jī),，深圳造微納米3D打印機(jī)幾秒繪制微米地圖

南極熊在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候也使用過靜電紡絲設(shè)備,，靜電紡絲是一種特殊的纖維制造工藝，聚合物溶液或熔體在強(qiáng)電場(chǎng)中進(jìn)行噴射紡絲,。在電場(chǎng)作用下，針頭處的液滴會(huì)由球形變?yōu)閳A錐形（即“泰勒錐”）,，并從圓錐尖端延展得到纖維細(xì)絲,。這種方式可以生產(chǎn)出納米級(jí)直徑的聚合物細(xì)絲。但靜電紡出的絲是無序堆疊的,，南極熊曾預(yù)言,，如果能夠有序的控制靜電紡出絲的堆積排布，那就是一臺(tái)3D打印機(jī),。

△靜電紡絲原理圖

2017年11月17日,，南極熊獲悉，來自深圳的一家靜電紡絲設(shè)備公司深圳通力微納科技有限公司,，實(shí)現(xiàn)了這一技術(shù),。在原有的靜電紡絲設(shè)備上，通過電場(chǎng)力拉伸,，在高精度3D運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的配合下,，可以做出直徑為0.01μm-1μm的點(diǎn)、線的各種組合,，實(shí)現(xiàn)單根納米纖維和單個(gè)量子點(diǎn)的有序沉積,。實(shí)際上，這目前還只能算作2D打印,，距離真正的3D打印還需要再進(jìn)一步,。

△電流體動(dòng)力噴墨打印機(jī)

近日，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了在冷凍電鏡技術(shù)領(lǐng)域有突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家,，讓世界的目光再次聚焦于微觀的世界,。

如今，在深圳,，國人自主研發(fā)的微納米設(shè)備,，也聚焦于微觀世界，所生產(chǎn)的產(chǎn)品沖破國外壟斷,，運(yùn)銷歐洲和北美,，甚至賣到了NASA(美國國家航空航天局)和常春藤高校等世界頂級(jí)科研機(jī)構(gòu)，其中的微納米3D打印系統(tǒng)不但可以打印出有序排列的人造細(xì)胞支架等微納米級(jí)別的生物工程制品,，甚至可以打出納米級(jí)別的電路,，制備柔性電子器件,，助力人們的醫(yī)療健康和便捷生活。

神奇盒子用“墨水”打印微納米級(jí)材料

把溶液通過微米級(jí)的噴嘴擠出,，形成小于1μm-10μm(微米)直徑的液滴,，再通過電場(chǎng)力拉伸，在高精度3D運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的配合下,，可以做出直徑為0.01μm-1μm的點(diǎn),、線的各種組合，實(shí)現(xiàn)單根納米纖維和單個(gè)量子點(diǎn)的有序沉積,。這就是電流體動(dòng)力3D打印機(jī)的工作原理,。

在深圳南山區(qū)科技園內(nèi)，四五臺(tái)全球最先進(jìn)的微納米級(jí)別3D打印機(jī)正在緊鑼密鼓地加工中,，幾天之后,，這些設(shè)備將分別發(fā)往北京、波士頓,、迪拜,。

論顏值，這幾臺(tái)機(jī)器并未給人眼前一亮的感覺,，冰箱大小的黑匣子里全部鏤空,，內(nèi)部仿佛一個(gè)微波爐，而在盒子的頂部和下端,，則留出一根超微小針頭和載物臺(tái),。不過，“長相”普通的它們,，“能耐”卻并不普通,。

“這臺(tái)機(jī)器是中科院定制的，專門用于他們最新型的電子材料研究,�,！鄙钲谕�力微納科技有限公司總工程師李春斌指著房間角落里一臺(tái)機(jī)器告訴記者，這臺(tái)黑色機(jī)器名為電流體動(dòng)力3D打印機(jī),，工作原理是把溶液通過微米級(jí)的噴嘴擠出,，形成小于1μm-10μm直徑的液滴，再通過電場(chǎng)力拉伸,，在高精度3D運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的配合下,，可以做出直徑為0.01μm-1μm的點(diǎn)、線的各種組合,，實(shí)現(xiàn)單根納米纖維和單個(gè)量子點(diǎn)的有序沉積,。

“可以理解為一臺(tái)微納米級(jí)別的3D打印機(jī)�,！崩畲罕蠼忉尩�,，傳統(tǒng)的3D的打印機(jī)實(shí)際上是一種宏觀上的生產(chǎn)工藝,，通過高溫熔解和擠出堆積式工藝生產(chǎn)出各種各樣的模具。另外,，目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的其他3D打印機(jī),，只能打印大于或等于噴頭直徑的點(diǎn)、線,，而電流體動(dòng)力打印可以打印小于噴頭直徑的點(diǎn),、線。

而微納米級(jí)別的3D打印機(jī),，所打印出的是微納米級(jí)別的特殊結(jié)構(gòu),。打印機(jī)將導(dǎo)電“墨水”置于機(jī)器當(dāng)中，通過電場(chǎng)將這神奇的“墨水”,，拉出一根根直徑僅幾十納米到幾微米的細(xì)絲,，而這些細(xì)絲則按照既定電腦程序,，排布成任意形狀和三維結(jié)構(gòu)的制品,。

李春斌介紹，拉絲的過程類似于紡織工藝中的“織布”過程,，一根根細(xì)絲連成線,，最后就可以在一個(gè)平面上“織造”出一張僅有納米至微米厚度的薄膜。

記者了解到,，目前,，這種工藝已被用于高端生物領(lǐng)域。2016年,，廣東珠三角的一家生物科技公司,，通過定制這種微納米3D打印機(jī)，來嘗試生產(chǎn)可用于人體中的血管,、手術(shù)隔離膜等組織,。

在通力微納科技的實(shí)驗(yàn)室中，記者看到一張半透明薄膜,，李春斌解釋,，這張薄膜的厚度僅有0.5mm，是一家生物材料公司所生產(chǎn)的用于可植入人體的組織,，僅僅巴掌大小的薄膜,，其市場(chǎng)價(jià)格就近數(shù)千元。

用一克金做打印原料一整天都消耗不完

與其他的微納結(jié)構(gòu)制造技術(shù)相比,，電流體動(dòng)力打印具有設(shè)備簡單,、操作方便、成本低,、原料來源廣等優(yōu)點(diǎn),，在眾多領(lǐng)域如電子器件,、柔性電子顯示器、可穿戴設(shè)備,、太陽能薄膜電池,、微傳感器、生物支架,、組織工程,、有機(jī)發(fā)光二極管、生物傳感器,、能量收集等領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿�,，并開始獲得應(yīng)用。

除了生物類用品外,，如何將微納米材料應(yīng)用于難度更大的微電子領(lǐng)域?中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究院研究員張興業(yè)告訴記者,，這需要突破微納米生產(chǎn)中此前無序拋絲的難題，即是要讓納米纖維能夠有序地排布,，而3D電流體動(dòng)力打印機(jī)的研制成功,，實(shí)現(xiàn)了≤1μm的單個(gè)點(diǎn)、單根線的精確打印,。

納米纖維的有序排布,，讓科研者對(duì)微納米材料的的應(yīng)用有了無限想象�,！安坏�可以打印��(xì)胞支架,，甚至可以做顯微鏡里才能看到的微型電路，進(jìn)一步縮小電子元器件的體積,�,！崩畲罕笳f道，近年來,，隨著微納米結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域不斷向前推進(jìn),，微納米3D打印設(shè)備成為全球微納米結(jié)構(gòu)研究者的“剛需”。

與其他的微納結(jié)構(gòu)制造技術(shù)相比,，電流體動(dòng)力打印具有設(shè)備簡單,、操作方便、成本低,、原料來源廣等優(yōu)點(diǎn),，在電子器件、柔性電子顯示器,、可穿戴設(shè)備,、太陽能薄膜電池、微傳感器、生物支架,、組織工程,、有機(jī)發(fā)光二極管、生物傳感器,、能量收集等領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿�,，并開始獲得應(yīng)用。

張興業(yè)告訴記者,，此前,，國內(nèi)的微納米結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域研究者，為能制備出納米纖維,，大多使用高壓靜電紡絲機(jī),，“靜電紡絲方法做出的納米纖維膜是無序的排布，類似于無紡布的樣子,，目前應(yīng)用領(lǐng)域包括過濾膜,、醫(yī)用膜、電池隔膜等,�,！�

實(shí)際操作中，隨著研究工作的進(jìn)一步深入和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,，越來越多的科研人員要求制備整齊排列的納米纖維陣列,。而在深圳,，李春斌用一種全新的方式突破了無序生產(chǎn)的難題,。在最新的3D納米打印機(jī)中，僅1微米外徑的針頭不再像過往一樣拉出微納米絲,，而是在玻璃板上,，以3000μm/s的速度，打下一個(gè)個(gè)細(xì)點(diǎn),，“像打出一顆顆子彈一樣”,，最終匯聚成線。

李春斌在電腦上向記者演示了用微納米3D打印機(jī)繪制中國地圖,，幾秒鐘之內(nèi),，一張微米級(jí)別的地圖呈現(xiàn)在了玻璃板上。

“針頭運(yùn)動(dòng)的路線可以按照要求控制,，這就代表可以生產(chǎn)任何路徑的電路,。”李春斌表示,，一旦微納米級(jí)別的電路技術(shù)成熟,，那么在微納米領(lǐng)域的生產(chǎn)制造將邁向一個(gè)全新的階段。

“墨水”轉(zhuǎn)化為微納米設(shè)備,，這些納米級(jí)電路是否穩(wěn)定可靠?答案是肯定的,，而這也是我國目前在化學(xué)材料領(lǐng)域所研究的重要方向,，李春斌解釋，相較于傳統(tǒng)的蝕刻電路(先用原材料繪制整張樣板,，隨后用藥水擦掉不用的部分),，這種打點(diǎn)法的消耗僅為原來的十分之一，再加上本身所制造的產(chǎn)品都是微納米量級(jí),，因此相較于微米級(jí)別電路,，納米電路可以使用金等更加昂貴的原材料進(jìn)行墨水調(diào)配，而成本并不增加,。李春斌告訴記者,，用微納米3D打印機(jī)，使用一克金作為原材料,，甚至可以打印一整天都消耗不完,。徐勉

來源：南方網(wǎng)

我有疑問哈,，1 如果把擠出來的絲，通過管道,，引流到入口,，就成永動(dòng)機(jī)了。（理論上說,，保持電場(chǎng)不需要持續(xù)的能量）,。2 堵不？根據(jù)我的實(shí)驗(yàn),，噴嘴細(xì)了,，稍微稠點(diǎn)，必堵,。我是通過振動(dòng),，讓打印耗材通過微小直徑管道的。3 根據(jù)我的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)“有序的控制靜電紡出絲”最簡單的方式就是聲波,。

網(wǎng)上有聲波懸浮的例子,，我qq空間有個(gè)短視頻：微小顆粒，在聲場(chǎng)里的懸浮,。