Cell 子刊 - 4D打印一只可变形的蜘蛛

国自然“十四五”优先发展领域公布，共计115项！（生物医学领域节选，近 50 项）中提到 4D打印是一个重要方向。

凝胶状墨水使得3D打印应用于电子设备的金属物体更容易。

3D打印在经济性、设计自由度和效率方面均超越了传统的制造方法。但金属结构的3D打印通常需要极端条件或多级生产工艺。四维（4D）打印是指3D打印的结构遇到外部刺激而及时改变自身的物理性状。4D打印之所以具有吸引力，是因为它赋予静态打印物体受热、光、pH、溶剂、电场或磁场等刺激而改变性状的能力。迄今为止，4D打印技术主要集中在聚合物等电绝缘材料上。在聚合物中添加导电填料可以增加打印部件的功能，在聚合物中添加导电填料可以增加打印部件的功能，但实现导电性需要高载量的导电材料，因此，打印材料的高载量与可打印性之间就需要达到一种平衡。

北卡罗来纳州立大学罗利分校的Ruizhe Xing和他的同事开发了一种凝胶状墨水，可以使用标准的3D打印喷嘴在室温下一步实现4D打印。墨水的主要成分由Cu （铜）、EGaIn （液态共晶镓铟）和水的摆动悬浮液组成。

使用这种墨水打印的物体含有高达97.5%的金属，使其具有高导电性。如果让这些物体在室温下干燥，它们会保持其初始形状。但是，如果被加热，它们会以可预测的方式变形，以产生所需尺寸的结构 - 这种现象被称为4D打印。研究人员通过打印逐渐转变为蜘蛛形状的扁平金属结构来证明这种效果。

液态金属 （EGaIn） 颗粒桥接悬浮在水中的铜颗粒，形成具有流变特性的金属凝胶，非常适合在室温下打印。喷嘴的剪切力与颗粒对齐以形成结构异向性，从而通过干燥过程中产生的应力实现4D打印。

本文报道了可打印的金属凝胶（摆动悬浮液），由液态共晶镓铟合金（EGaIn）桥连接的铜颗粒水悬浮液组成。摆动悬浮液依靠毛细管力在具有成分依赖性流变性的固体颗粒之间形成网络，但先前的研究主要集中在绝缘悬浮液上。在此，通过改变成分和pH值来调整导电固-液-液悬浮液的流变性以用于3D打印；后者促进金属润湿。干燥的打印部件具有金属导电性（1.05 * 10^5 S/m），无需烧结步骤。在高温下干燥可以加速水分的去除，同时产生驱动形状变化的应力（即4D打印）。作为演示，我们打印了一个导电蜘蛛，它从最初的扁平形状抬起并组装自己的身体。这种导电油墨有望在普通环境条件下打印金属结构。

阅读原文内容：

https://www.nature.com/articles/d41586-023-02143-1

查看原文信息：

https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.06.015