В этом процессе используется жидкий полимерный раствор, известный как поли (N-изопропилакриламид), или сокращенно PNIPAM. Когда чернила PNIPAM выдавливают через иглу в раствор соли хлорида кальция, они мгновенно затвердевают при контакте с соленой водой. Исследователи использовали этот процесс для простой печати твердых структур.

Такое быстрое затвердевание обусловлено явлением, называемым эффектом высаливания, при котором ионы соли вытягивают молекулы воды из раствора полимера из-за их сильного притяжения к воде. Такое удаление воды приводит к тому, что гидрофобные полимерные цепочки в чернилах PNIPAM плотно соединяются, образуя твердую форму.

"Все это делается в обычных условиях, без необходимости в дополнительных шагах, специализированном оборудовании, токсичных химикатах, нагреве или давлении", - сказал старший автор исследования Джинхье Бэ, профессор кафедры химической и нанотехнологий Aiiso Yufeng Li в инженерной школе Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс.

Традиционные методы отверждения полимеров, как правило, требуют энергоемких операций и использования агрессивных веществ. В отличие от этого, в этом новом процессе используется простое взаимодействие PNIPAM с соленой водой комнатной температуры для достижения того же результата, но без ущерба для окружающей среды.

Кроме того, этот процесс обратим. Полученные твердые структуры легко растворяются в пресной воде, возвращаясь к своей жидкой форме. Это позволяет повторно использовать чернила PNIPAM для дальнейшей печати. "Это предлагает простой и экологически чистый подход к переработке полимерных материалов", - сказал Бэй.

Чтобы продемонстрировать универсальность своего метода, исследователи напечатали структуры из чернил PNIPAM, содержащих другие материалы. Например, они напечатали электрическую схему, используя чернила из PNIPAM, смешанные с углеродными нанотрубками, которые успешно привели в действие электрическую лампочку. Эта печатная схема также может быть растворена в пресной воде, что демонстрирует потенциал создания водорастворимых и пригодных для вторичной переработки электронных компонентов.

Бэй и ее команда предполагают, что этот простой и обратимый метод 3D-печати может способствовать развитию экологически чистых технологий производства полимеров.

Доклад: "Устойчивая 3D-печать с обратимым эффектом высаливания с помощью водных растворов солей". Соавторами являются Донхван Джи, Джозеф Лю, Цзяюй Чжао, Минхао Ли и Юми Ро, Калифорнийский университет в Сан-Диего; и Хваншу Шинг и Тхэ Хи Хан, Университет Ханьянг, Корея.

Эта работа была поддержана Национальным научным фондом через Научно-технический центр по исследованию материалов Калифорнийского университета в Сан-Диего (MRSEC, грант DMR-2011924) и Программой фундаментальных научных исследований Национального исследовательского фонда Кореи, финансируемой Министерством образования (грант RS-2023-00241263).

Раскрытие информации: Джинье Бэ, Джозеф Лю и Донгван Джи подали заявку на патент на эту работу в Управление инноваций и коммерциализации Калифорнийского университета в Сан-Диего. Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.