一種新的 3D 可打印聚合物納米複合墨水具有令人難以置信的特性，並且在航空航天、醫學和電子領域有許多應用。

密歇根理工大學的機械工程研究人員創造了一種使用碳納米管 (CNT) 製造 3D 可打印納米複合聚合物油墨的方法，該油墨以其高抗拉強度和重量輕而聞名。這種革命性的墨水可以取代環氧樹脂——了解其性能為(wei) 何如此出色是邁向大規模使用的第一步。

3D打印，也稱為(wei) 增材製造，比鑄造更通用、更高效。它添加了一種精確的材料，通常是複雜的幾何形狀，要切除的多餘(yu) 材料要少得多。添加碳納米管、石墨烯、金屬納米顆粒和量子點等低維納米材料，使 3D 打印材料能夠適應外部刺激，賦予它們(men) 諸如電導和熱導、磁性和電化學存儲(chu) 等特性。

但是使用塑料、金屬或其他東(dong) 西的 3D 打印並不新鮮。技術研究人員所做的不同之處在於(yu) 使用聚合物納米複合材料（由環氧樹脂、碳納米管和納米粘土製成）和不犧牲功能的印刷工藝。聚合物納米複合油墨中材料類型和形態（尺寸、形狀、結構）的結合是形式滿足功能的終極目標。

研究人員指出，在研究人員使用聚合物墨水衝(chong) 刺參加比賽之前，他們(men) 必須首先學會(hui) 走路。第一步是深入研究宏觀尺度（我們(men) 的眼睛如何看待材料表現）和納米尺度（我們(men) 看不到，但知道正在發生的）的交集。

在市場份額之前建立理解

研究人員指出，雖然聚合物納米複合材料和 3D 打印產(chan) 品和服務的市場價(jia) 值都在 10 億(yi) 美元左右，但納米材料 3D 打印的市場價(jia) 值隻有大約 4300 萬(wan) 美元。

為(wei) 了國家繁榮和保持全球製造業(ye) 的領先地位，需要縮小 3D 打印和納米材料的實際應用與(yu) 納米材料 3D 打印之間的差距，”研究人員說。“由於(yu) 在 3D 打印過程中缺乏對納米複合材料性能的控製，因此存在差距，因為(wei) 我們(men) 不完全了解工藝-形態-性能關(guan) 係。

瓶頸在於(yu) 理解 3D 打印過程的宏觀力學與(yu) 納米複合材料的納米級力學和物理學之間複雜的相互作用。研究人員的研究旨在通過探索 3D 打印工藝參數與(yu) 納米複合印刷油墨中納米材料形態之間的關(guan) 係來緩解瓶頸，這是最重要但探索最少的難題。

納米材料墨水的諸多好處

超越納米複合墨水的科學，該材料因其眾(zhong) 多功能而具有廣闊的前景。3D 打印的優(you) 勢之一是幾乎可以完全控製最終產(chan) 品的形狀。

研究人員的納米材料的油墨的電導率是一個(ge) 非常方便的特點，使該印刷環氧加倍作為(wei) 電位電布線電路板中，飛機的機翼或在血管中引導導管三維印刷的致動器-無論。納米複合聚合物油墨的另一個(ge) 有用特性是它的強度。

“與(yu) 鋼和鋁相比，我們(men) 看到具有相同強度的環氧樹脂複合材料的重量減輕了80% ，”研究人員說。

最後，在醫療領域、航空航天和電子行業(ye) ，缺陷和損壞可能會(hui) 帶來大麻煩，納米複合材料具有安全功能。

研究人員說：“當某物破裂時，微小的裂紋會(hui) 從(cong) 微觀缺陷開始，並發展到破壞整個(ge) 結構。” “納米複合材料在這些裂縫中建立了橋梁，並且不會(hui) 讓裂縫增長。這是碳納米管提高材料機械強度的機製之一。”

性能重量比、導電性、增加的強度和易於(yu) 應用隻是聚合物納米複合油墨可能取代傳(chuan) 統環氧樹脂的眾(zhong) 多有希望的原因中的一小部分。