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Pesquisadores desenvolveram um gel metálico que é altamente condutor de eletricidade e pode ser usado para imprimir objetos sólidos tridimensionais (3D) à temperatura ambiente.
“A impressão 3D revolucionou a fabricação, mas não temos conhecimento de tecnologias anteriores que permitiam imprimir objetos de metal 3D à temperatura ambiente em uma única etapa”, diz Michael Dickey, co-autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e o Camille & Henry Dreyfus Professor de Engenharia Química e Biomolecular na North Carolina State University. “Isso abre as portas para a fabricação de uma ampla gama de componentes e dispositivos eletrônicos.”
Para criar o gel metálico, os pesquisadores começam com uma solução de partículas microscópicas de cobre suspensas em água. Os pesquisadores então adicionam uma pequena quantidade de uma liga de índio-gálio que é um metal líquido à temperatura ambiente. A mistura resultante é então agitada em conjunto.
À medida que a mistura é agitada, o metal líquido e as partículas de cobre aderem umas às outras, formando uma “rede” de gel metálico dentro da solução aquosa.
“Essa consistência semelhante a gel é importante, porque significa que você tem uma distribuição bastante uniforme de partículas de cobre em todo o material”, diz Dickey. “Isso faz duas coisas. Primeiro, significa que a rede de partículas se conecta para formar caminhos elétricos. E segundo, significa que as partículas de cobre não estão se separando da solução e entupindo a impressora.”
O gel resultante pode ser impresso usando um bocal de impressão 3D convencional e mantém sua forma quando impresso. E, quando deixado secar em temperatura ambiente, o objeto 3D resultante torna-se ainda mais sólido, mantendo sua forma.
No entanto, se os usuários decidirem aplicar calor ao objeto impresso enquanto ele está secando, algumas coisas interessantes podem acontecer.
Os pesquisadores descobriram que o alinhamento das partículas influencia a forma como o material seca. Por exemplo, se você imprimir um objeto cilíndrico, os lados se contrairão mais do que a parte superior e inferior à medida que seca. Se algo está secando à temperatura ambiente, o processo é suficientemente lento para não criar mudanças estruturais no objeto. No entanto, se você aplicar calor – por exemplo, coloque-o sob uma lâmpada de calor a 80 graus Celsius – a secagem rápida pode causar deformação estrutural. Como essa deformação é previsível, isso significa que você pode fazer com que um objeto impresso mude de forma depois de impresso, controlando o padrão do objeto impresso e a quantidade de calor a que o objeto é exposto durante a secagem.
“Em última análise, esse tipo de impressão quadridimensional – as três dimensões tradicionais, mais o tempo – é mais uma ferramenta que pode ser usada para criar estruturas com as dimensões desejadas”, diz Dickey. “Mas o que achamos mais interessante sobre esse material é sua condutividade.
“Como os objetos impressos acabam tendo até 97,5% de metal, eles são altamente condutores. Obviamente, não é tão condutor quanto o fio de cobre convencional, mas é impossível imprimir fio de cobre em 3D à temperatura ambiente. E o que desenvolvemos está longe mais condutivo do que qualquer outra coisa que possa ser impressa. Estamos muito entusiasmados com as aplicações aqui.
“Estamos abertos a trabalhar com parceiros da indústria para explorar possíveis aplicações e estamos sempre dispostos a conversar com potenciais colaboradores sobre futuras direções de pesquisa”, diz Dickey.
O trabalho foi realizado com o apoio da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, sob o número de concessão 52203101; e do China Scholarship Council, sob o número de concessão 201906250075.
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