9 اکتبر 2025، عکس از نویسنده: پرابات رانجان میشرا-مقطع یک هیدروژل تزریق‌شده با مس و ژیروئید بزرگ آهن.
محققان یک روش چاپ سه‌بعدی جدید توسعه داده‌اند که ساختارهای پیچیده‌ای را برای فناوری‌های نسل بعدی انرژی، زیست‌پزشکی و حسگری ارائه می‌دهد.این روش جدید که توسط محققان EPFL توسعه داده شده است، به رشد فلزات و سرامیک‌ها در داخل یک ژل مبتنی بر آب کمک می‌کند و منجر به ساختارهای فوق‌العاده متراکم می‌شود.
محققان نشان دادند که به جای استفاده از نور برای سفت کردن رزینی که از قبل با پیش‌سازهای فلزی آغشته شده است، همانطور که روش‌های قبلی انجام می‌دادند، ابتدا یک داربست سه‌بعدی از یک ژل ساده مبتنی بر آب به نام هیدروژل ایجاد کردند.
سپس، آنها این هیدروژل «خالی» را با نمک‌های فلزی آغشته می‌کنند، قبل از اینکه آنها را به صورت شیمیایی به نانوذرات حاوی فلز تبدیل کنند که در ساختار نفوذ می‌کنند. این فرآیند سپس می‌تواند برای تولید کامپوزیت‌های با غلظت بسیار بالای فلز تکرار شود.
داریل یی، رئیس آزمایشگاه شیمی مواد و ساخت، گفت: «کار ما نه تنها ساخت فلزات و سرامیک‌های با کیفیت بالا را با یک فرآیند چاپ سه‌بعدی در دسترس و کم‌هزینه امکان‌پذیر می‌کند؛ بلکه الگوی جدیدی را در تولید افزایشی برجسته می‌کند که در آن انتخاب مواد پس از چاپ سه‌بعدی، نه قبل از آن، رخ می‌دهد.» مواد می‌توانند 20 برابر فشار بیشتری را تحمل کنند
ییمینگ جی، نویسنده اول این مطالعه، همچنین تأکید کرد که مواد آنها می‌توانند 20 برابر فشار بیشتری را در مقایسه با مواد تولید شده با روش‌های قبلی تحمل کنند، در حالی که تنها 20٪ انقباض در مقابل 60-90٪ نشان می‌دهند.
تیم تحقیقاتی تأکید کرد که آنها اشکال شبکه‌ای ریاضی پیچیده‌ای به نام ژیروئیدها را از آهن، نقره و مس ساخته‌اند که توانایی تکنیک آنها در تولید ساختارهای قوی اما پیچیده را نشان می‌دهد. طبق یک بیانیه مطبوعاتی، آنها برای آزمایش استحکام مواد خود، از دستگاهی به نام دستگاه تست جهانی برای اعمال فشار فزاینده به ژیروئیدها استفاده کردند.
ادعا می‌شود که این روش برای ساخت معماری‌های سه‌بعدی پیشرفته که باید همزمان قوی، سبک و پیچیده باشند، مانند حسگرها، دستگاه‌های زیست‌پزشکی یا دستگاه‌های تبدیل و ذخیره‌سازی انرژی، جالب است.
به عنوان مثال، کاتالیزورهای فلزی واکنش‌هایی را فعال می‌کنند که انرژی شیمیایی را به برق تبدیل می‌کنند. سایر کاربردها می‌تواند شامل فلزات با سطح مقطع بالا با خواص خنک‌کننده پیشرفته برای فناوری‌های انرژی باشد.
این مطالعه که در مجله Advanced Materials منتشر شده است، روشی همه‌کاره برای ساخت سرامیک‌ها و فلزات معماری‌شده متراکم با انقباض خطی تبدیل پایین را نشان می‌دهد. محور اصلی این روش، فرآیند تزریق-هم‌رسوبی مکرر پس از ساخت است که به تدریج بارگذاری فلز را در هیدروژل‌های سه‌بعدی «خالی» افزایش می‌دهد. سپس عملیات حرارتی این هیدروژل‌های با محتوای بالای فلز، آنها را به معماری‌های سرامیکی یا فلزی تبدیل می‌کند.
محققان این مطالعه گفتند: «برای نشان دادن تطبیق‌پذیری این رویکرد، انواع ساختارهای سرامیکی و فلزی سه‌بعدی با انقباض کم تا 20٪ و در عین حال حفظ چگالی‌های >80٪ ساخته شده‌اند. بنابراین، این فرآیند مبتنی بر تزریق-رسوب، VP سرامیک‌ها و فلزات با کیفیت بالا را امکان‌پذیر می‌کند که برای ساخت مواد و دستگاه‌های معماری‌شده پیشرفته ضروری است.»
