MXene в 3D-печати: прорыв в создании микроструктур

Исследовательская группа Smart 3D Printing из Корейского института энергетических исследований, KERI, под руководством доктора Соль Сын Квона совершила настоящий прорыв.

Они разработали первую в мире технологию 3D-печати микроструктур с невероятно высоким разрешением, используя уникальный материал под названием MXene. Этот материал, открытый в 2011 году в США, называют «материалом мечты» за его удивительные свойства. MXene состоит из тончайших слоев металла и углерода, обладает высокой электропроводностью и способностью блокировать электромагнитные волны. Его уже активно применяют в батареях и защитных экранах, но до сих пор никто не мог использовать MXene для 3D-печати без серьезных ограничений.

Результаты опубликованы в издании Small.

Проблема была в том, что для печати MXene нужно было смешивать с дополнительными веществами, чтобы чернила не забивали сопло принтера. Если MXene было слишком много, чернила становились слишком густыми и застревали. Если его было мало, напечатать нужную структуру было невозможно. К тому же добавки портили уникальные свойства MXene.

Команда доктора Соль Сын Квона нашла оригинальное решение. Они использовали эффект мениска — это когда жидкость, например вода, образует изогнутую поверхность на краях сосуда из-за поверхностного натяжения. Ученые создали чернила, смешав MXene с водой, и полностью отказались от добавок. Когда чернила выходят из сопла принтера, вода быстро испаряется, а частицы MXene связываются между собой благодаря силам притяжения. Это позволяет печатать микроструктуры с невероятной точностью.

Результаты впечатляют: разрешение печати достигло 1,3 микрометра — это в 270 раз тоньше, чем у существующих технологий. Для сравнения, это примерно в 100 раз тоньше человеческого волоса. Такая точность открывает новые возможности для создания миниатюрных устройств. Например, в батареях можно увеличить площадь поверхности, что сделает их более эффективными. В электромагнитных экранах улучшится защита за счет многократного отражения и поглощения волн. А датчики станут более чувствительными и точными.

Доктор Соль Сын Квон поделился:

Мы долго работали над тем, чтобы подобрать идеальную концентрацию чернил и изучить все параметры печати. Наша технология — это первый в мире способ создавать прочные и точные 3D-микроструктуры из MXene без добавок и дополнительной обработки.

Ранее ученые сообщили о возможности получать экономически выгодный водород с помощью MXene.

Фото: 3D-принтер KERI печатает микроструктуры с использованием чернил MXene. Источник: Korea Electrotechnology Research Institute.

12.03.2025