Gli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia hanno sviluppato un modo per stampare strutture 3D composte interamente da liquidi. Utilizzando una stampante 3D modificata, hanno iniettato fili d'acqua nell'olio di silicone, scolpendo tubi fatti di un liquido all'interno di un altro liquido.

Immaginano che il loro materiale completamente liquido possa essere utilizzato per costruire elettronica liquida che alimenta flessibilità, dispositivi estensibili. Gli scienziati prevedono anche la sintonizzazione chimica dei tubi e il flusso di molecole attraverso di essi, portando a nuovi modi per separare le molecole o fornire con precisione blocchi di costruzione su scala nanometrica a composti in costruzione.

I ricercatori hanno stampato fili d'acqua tra 10 micron e 1 millimetro di diametro, e in una varietà di forme a spirale e ramificate fino a diversi metri di lunghezza. Cosa c'è di più, il materiale può conformarsi all'ambiente circostante e cambiare ripetutamente forma.

"È una nuova classe di materiale che può riconfigurarsi, e ha il potenziale per essere personalizzato in recipienti di reazione liquidi per molti usi, dalla sintesi chimica al trasporto ionico alla catalisi, " ha detto Tom Russell, uno scienziato della facoltà in visita nella divisione di scienze dei materiali del Berkeley Lab. Ha sviluppato il materiale con Joe Forth, un ricercatore post-dottorato nella Divisione di Scienze dei Materiali, così come altri scienziati del Berkeley Lab e diverse altre istituzioni. Riportano la loro ricerca il 24 marzo sulla rivista Materiale avanzato .

Il materiale deve le sue origini a due progressi:imparare a creare tubi liquidi all'interno di un altro liquido, e quindi automatizzare il processo.

Per il primo passo, gli scienziati hanno sviluppato un modo per rivestire i tubi dell'acqua in uno speciale tensioattivo derivato da nanoparticelle che blocca l'acqua in posizione. Il tensioattivo, essenzialmente sapone, impedisce ai tubi di rompersi in goccioline. Il loro tensioattivo è così bravo nel suo lavoro, gli scienziati lo chiamano supersapone a nanoparticelle.

Il supersapone è stato ottenuto disperdendo nanoparticelle d'oro in acqua e leganti polimerici in olio. Le nanoparticelle d'oro e i ligandi polimerici vogliono attaccarsi l'uno all'altro, ma vogliono anche rimanere nei rispettivi mezzi di acqua e olio. I ligandi sono stati sviluppati con l'aiuto di Brett Helms presso la Molecular Foundry, un DOE Office of Science User Facility situato presso il Berkeley Lab.

In pratica, subito dopo che l'acqua viene iniettata nell'olio, dozzine di ligandi nell'olio si attaccano alle singole nanoparticelle nell'acqua, formando un supersapone di nanoparticelle. Questi supersaponi si incastrano e vetrificano, come il vetro, che stabilizza l'interfaccia tra olio e acqua e blocca le strutture liquide in posizione.

"Questa stabilità significa che possiamo allungare l'acqua in un tubo, e rimane un tubo. Oppure possiamo modellare l'acqua in un ellissoide, e rimane un ellissoide, " ha detto Russell. "Abbiamo usato questi supersaponi di nanoparticelle per stampare tubi d'acqua che durano per diversi mesi".

Poi è arrivata l'automazione. Forth ha modificato una stampante 3D standard rimuovendo i componenti progettati per stampare la plastica e sostituendoli con una pompa a siringa e un ago che espelle il liquido. Ha quindi programmato la stampante per inserire l'ago nel substrato dell'olio e iniettare acqua secondo uno schema predeterminato.

"Possiamo spremere liquido da un ago, e mettiamo fili d'acqua dove vogliamo in tre dimensioni, " ha detto Forth. "Possiamo anche eseguire il ping del materiale con una forza esterna, che rompe momentaneamente la stabilità del supersapone e cambia la forma dei fili d'acqua. Le strutture sono riconfigurabili all'infinito."