Forschende entwickeln hochleitfähiges metallisches Gel für den 3D-Druck

Forschende der NC State University haben ein metallisches Gel entwickelt, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und zum Drucken dreidimensionaler fester Objekte bei Raumtemperatur verwendet werden kann.

“Der 3D-Druck hat die Fertigung revolutioniert, aber uns sind keine Technologien bekannt, mit denen man in einem einzigen Schritt dreidimensionale Metallobjekte bei Raumtemperatur drucken kann”, sagt Michael Dickey, Mitautor eines Artikels über die Arbeit und Camille & Henry Dreyfus Professor of Chemical and Biomolecular Engineering an der North Carolina State University. “Dies öffnet die Tür für die Herstellung einer breiten Palette von elektronischen Komponenten und Geräten.

Zur Herstellung des Gels werden mikroskopische Kupferpartikel in einer Lösung suspendiert und mit einer flüssigen Indium-Gallium-Legierung vermischt. Durch Rühren entsteht ein metallisches Gel-“Netzwerk”.

“Diese gelartige Konsistenz ist wichtig, denn sie bedeutet, dass die Kupferpartikel ziemlich gleichmäßig im Material verteilt sind”, sagt Dickey. “Dies bewirkt zwei Dinge. Erstens bedeutet es, dass sich das Netzwerk der Partikel verbindet und elektrische Pfade bildet. Und zweitens bedeutet es, dass sich die Kupferpartikel nicht aus der Lösung absetzen und den Drucker verstopfen.

Das entstandene Gel kann mittels 3D-Druckdüse verarbeitet und bei Raumtemperatur getrocknet werden, wobei es seine Form beibehält. Bei Erwärmung während des Trocknungsprozesses können strukturelle Veränderungen des gedruckten Objekts hervorgerufen werden.

“Letztlich ist diese Art des vierdimensionalen Drucks – die traditionellen drei Dimensionen plus Zeit – ein weiteres Werkzeug, mit dem Strukturen in den gewünschten Dimensionen geschaffen werden können”, sagt Dickey. “Das Spannendste an diesem Material ist jedoch seine Leitfähigkeit. Da die gedruckten Objekte am Ende zu 97,5 % aus Metall bestehen, sind sie hoch leitfähig. Sie sind natürlich nicht so leitfähig wie herkömmlicher Kupferdraht, aber es ist unmöglich, Kupferdraht bei Raumtemperatur in 3D zu drucken. Und was wir entwickelt haben, ist weitaus leitfähiger als alles andere, was gedruckt werden kann. Wir sind sehr gespannt auf die Anwendungen, die sich daraus ergeben. Wir sind offen für die Zusammenarbeit mit Industriepartnern, um potenzielle Anwendungen zu erforschen, und freuen uns immer, mit potenziellen Partnern über zukünftige Forschungsrichtungen zu sprechen.”