韓國研發(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，韓國電氣技術(shù)研究院的研究團(tuán)隊成功開發(fā)了一項使用新型材料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)隊與使用Maxine進(jìn)行3D打印的墨水和噴嘴合影

團(tuán)隊表示，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墨水可能會導(dǎo)致移液器噴嘴堵塞，而減少MXene的濃度又會限制打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力。

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

為解決這些問題，韓國電氣技術(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形成的曲面，由于毛細(xì)作用，液滴會保持在爆裂的臨界狀態(tài)，形成外壁曲面。

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

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

研究團(tuán)隊通過將親水性極強的MXene散在水中（無需添加粘合劑），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。

打印原理相對簡單：當(dāng)含有MXene納米材料的墨水從3D打印機(jī)的噴嘴噴出時，彎月面效應(yīng)充當(dāng)了材料噴出的通道。在這一過程中，溶劑（水）迅速從彎月面表面蒸發(fā)，而內(nèi)部的范德華力則促使納米材料緊密結(jié)合。通過連續(xù)移動噴嘴并重復(fù)這一過程，可構(gòu)建出導(dǎo)電的3D微結(jié)構(gòu)。

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

研究團(tuán)隊所開發(fā)的技術(shù)充分利用了MXene不需要額外添加劑的特性，實現(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強調(diào)：“我們投入了大量努力來優(yōu)化MXene墨水的濃度，并精確分析了打印過程中可能出現(xiàn)的各種參數(shù)。我們的技術(shù)是世界上首個利用MXene的優(yōu)勢，無需額外的添加劑或后處理步驟，即可創(chuàng)建高強度、高精度3D微結(jié)構(gòu)的成果。”

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