一種新的 3D 可打印聚合物納米復合墨水具有令人難以置信的特性，并且在航空航天、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) 制造 3D 可打印納米復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——了解其性能為何如此出色是邁向大規模使用的第一步。

3D打印，也稱為增材制造，比鑄造更通用、更高效。它添加了一種精確的材料，通常是復雜的幾何形狀，要切除的多余材料要少得多。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，賦予它們諸如電導和熱導、磁性和電化學存儲等特性。

但是使用塑料、金屬或其他東西的 3D 打印并不新鮮。技術研究人員所做的不同之處在于使用聚合物納米復合材料（由環氧樹脂、碳納米管和納米粘土制成）和不犧牲功能的印刷工藝。聚合物納米復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沖刺參加比賽之前，他們必須首先學會走路。第一步是深入研究宏觀尺度（我們的眼睛如何看待材料表現）和納米尺度（我們看不到，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，雖然聚合物納米復合材料和 3D 打印產品和服務的市場價值都在 10 億美元左右，但納米材料 3D 打印的市場價值只有大約 4300 萬美元。

為了國家繁榮和保持全球制造業的領先地位，需要縮小 3D 打印和納米材料的實際應用與納米材料 3D 打印之間的差距，”研究人員說。“由于在 3D 打印過程中缺乏對納米復合材料性能的控制，因此存在差距，因為我們不完全了解工藝-形態-性能關系。

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

納米材料墨水的諸多好處

超越納米復合墨水的科學，該材料因其眾多功能而具有廣闊的前景。3D 打印的優勢之一是幾乎可以完全控制最終產品的形狀。

研究人員的納米材料的油墨的電導率是一個非常方便的特點，使該印刷環氧加倍作為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。納米復合聚合物油墨的另一個有用特性是它的強度。

“與鋼和鋁相比，我們看到具有相同強度的環氧樹脂復合材料的重量減輕了80% ，”研究人員說。

最后，在醫療領域、航空航天和電子行業，缺陷和損壞可能會帶來大麻煩，納米復合材料具有安全功能。

研究人員說：“當某物破裂時，微小的裂紋會從微觀缺陷開始，并發展到破壞整個結構。” “納米復合材料在這些裂縫中建立了橋梁，并且不會讓裂縫增長。這是碳納米管提高材料機械強度的機制之一。”

性能重量比、導電性、增加的強度和易于應用只是聚合物納米復合油墨可能取代傳統環氧樹脂的眾多有希望的原因中的一小部分。