Drukowanie materiałów przewodzących 3D z wykorzystaniem cieczy jonowych

Trójwymiarowe drukowanie może zrewolucjonizować sposób tworzenia materiałów wykorzystywanych w przemyśle. Grupa naukowców używa drukowania 3D do otrzymania obiektów z polimeru przewodzącego prąd na bazie cieczy jonowej[1]. Tego rodzaju materiały, mogą budować błony przewodzące dla baterii i ogniw paliwowych, elektromechanicznych siłowników lub rusztowania dla rosnących komórek.

Drukowanie materiałów przewodzących 3D z wykorzystaniem cieczy jonowych

Timothy E. Long, Christopher B. Williams i ich zespół z Virginia Tech zbudowali obiekty milimetrowych rozmiarów z cieczy jonowej: 4 – winylobenzylotrioktylofosfoniobis(trifluorometanosulfonianu)imidu. Połączyli ją z diakrylowym monomerem takim jak: diakrylan 1,4-butanodiolu lub dimetakrylan poli(glikolu etylenowego), przy czym oba mogą być utwardzane za pomocą światła ultrafioletowego. Gdy używamy takiego rodzaju światła, diakrylowe monomery i jony fosfoniowe tworzą sieci polimerowe.

Naukowcy wykorzystali stereolitografię do stworzenia 3D drukowanych obiektów, działając na warstwę mieszaniny cieczy jonowej światłem UV w sposób określony przez system komputerowego projektowania. Powtarzając proces drukowania i naświetlania warstwa po warstwie, uzyskali pożądany efekt. Drukowane materiały mają rozmiary rzędu 25 µm, więc mogą być kompatybilne z komórkami ludzkimi. Dodatkowo, przewodnictwo takiego rusztowania polimerowego może pomóc w rozwoju tkanki skóry lub przy przeszczepach kostnych.

Long uważa, jest to pierwszy przykład drukowania z użyciem jonowej cieczy. Choć zespół nie tworzy żadnych urządzeń funkcjonalnych, wykonał test przewodności uzyskanych obiektów i odkrył, że utwardzony polimer zachowuje właściwości przewodzenia cieczy jonowej.

Inni badacze pracowali z polimerowymi cieczami jonowych nie stosując druku 3D. Wykorzystywali oni materiały na bazie cieczy jonowych opartych na azocie, w tym jonach amonowych lub imidazoliowych. Jednakże, fosfoniowe ciecze jonowe, które dopiero od niedawna są szeroko dostępne, mają wyższą stabilność termiczną, pozostając w stanie nienaruszonym do co najmniej 300° C. Dla porównania, amonowe ciecze jonowe są stabilne do 200° C. Wyższa stabilność jest ważna dla niektórych zastosowań, w szczególności tam gdzie wymagane są wysokie temperatury, na przykład w przemyśle lotniczym. Nawet jeżeli urządzenia nie muszą być odporne na wysokie temperatury, ich zwiększona stabilność oznacza, że dłużej przetrwają w niższych temperaturach.

Zespół Long’a planuje zbadać odmiany materiałów z fosfoniowych cieczy jonowych, próbując różnego sieciowania monomerów lub różnych koncentracji ładunków. Różnice te mogą zmienić charakterystyczne właściwości materiałów drukowanych, np. właściwości mechaniczne i przewodnictwo.

Josef M. DeSimone – inżynier chemik (University of North Carolina, USA) komentuje: „Myślę, że ta konkretna klasa materiałów znajdzie szerokie zastosowanie w takich produktach jak: ogniwa elektrochemiczne czy systemy biologiczne”.

  1. ACS Makro Lett 2014: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/mz5006316?source=cen
  2. http://cen.acs.org/articles/92/web/2014/11/Printing-3-D-Conductive-Materials.html

Opracował: Łukasz Kurach

Korekta: Ilon Sadok

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*