复旦研究开发新技巧,打字与印刷超粘液滴不是难点【澳门金沙4787.com】

原标题:哈佛研发新技术,打印超粘液滴不成问题

原标题:用声波打印:科学家发明新型打印术,打印机方式可用于一切材料

据TechXplore报道,哈佛大学的研究人员开发了一种利用声波能量加速粘稠液体的打印方法。打印出的液滴成分和黏度范围之大前所未有。这项技术最终可以用于制造新的生物制药、化妆品和食品,并能拓展光学材料和导电材料的可能性。这项研究发表在了《科学进展》(Science
Advances)杂志上。

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近日,哈佛大学的研究人员发明了一种新型声波打印技术**:利用声波产生的力精确控制用于打印的液滴,将让喷墨式打印不再受材料限制,而且适用的打印材料范围前所未有地广泛。**

由于重力的作用,任何液体都会形成液滴。但是仅在重力作用下,液滴尺寸、速度难以控制。例如沥青的黏度大约是水的2000亿倍,每十年才会滴一滴。为了增强液滴的形成,研究小组选择依靠声波。研究人员使用声波来辅助重力,将这种新技术称为声波打印(acoustophoretic
printing)。

这项技术在新型生物制药、化妆品和食品制造行业有很大的应用潜力,也将给光学材料和导电材料领域的发展也带来了新的可能性。

通过控制目标位置,液滴可以在任何地方积聚并形成图案。研究人员建造了一个亚波长声波谐振器,它可以产生一个高度受限的声场,从而产生超过打印机喷嘴顶端普通引力100倍的拉力。当液滴达到特定尺寸时,这种可控制的力会将每个液滴拉出,并射向印刷目标。声波的振幅越高,液滴的大小就越小,与液体的黏度无关。

这项研究成果于 8 月 31
日发表在著名国际期刊《科学进展》(Science Advances)上。

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论文的通讯作者、哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)的生物工程学教授
Jennifer Lewis 说:“我们发明的这种声波打印技术,利用了声波产生的力,能按照需求打印任意的材料。”
Lewis 教授也是哈佛大学威斯生物工程研究所(Wyss Institute forBiologically
Inspired Engineering)的核心教员。

研究人员利用该技术开发了一种使用声波的新印刷平台,未来可能有广阔的应用前景。目前现有的打印技术,都是流动性高的液体,比如墨水和UV光固化树脂。使用加热沸腾发泡或是压电材料变型挤压,这一技术一旦商品化,势必将极大的提高喷墨打印的墨水范围,过去粘稠度高的材料也将实现快速的打印。

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图 |
在声波打印中,声波产生可控的力,当喷嘴处液滴达到某个尺寸时,能将液滴拽离喷嘴并射向基座,就像从树上摘下一个个苹果。来源:Daniele
Foresti, Jennifer A. Lewis/Harvard University

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从自然界乃至工业界,小小的液滴都有很多应用,比如油墨打印以及药物递送系统中用到的微胶囊。

喷墨打印(Inkjet
printing)**
是一种非常常见的打印技术,通过将墨滴喷射到纸张、塑料或其他基座上来重建数字图像。打印机就是基于这一技术。**

这一技术的特点是只适用于那些粘度仅比水的粘度高约
10
倍的液体,但是实际上很多研究人员感兴趣的液体在粘度方面恰恰远比这要高。
比如,在生物医药和生物打印中至关重要的聚合物以及细胞混合液等生物墨水,它们的粘度至少要比水高出
100 倍。此外,一些糖基的生物聚合物甚至像蜂蜜一样粘稠,粘度高达水的 2.5
万倍之多!

另一方面,这些液体的粘度也会随着温度和成分的变化而发生剧烈的变化,因此想要优化打印参数以控制液滴的尺寸就变得更加困难。

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图 |
蜂蜜是一种典型的粘稠液体,比水的粘稠度要高 2.5
万倍。声波打印适用于形成任意液体的液滴,能从充满蜂蜜的墨盒中产生极其微小的单个蜂蜜液滴。来源:Daniele
Foresti, Jennifer A. Lewis/Harvard University

“我们的目标是开发一套不受液体材料特性限制的打印系统,尤其是要不受液体粘度影响”,论文的第一作者
Daniele Foresti 说。Daniele Foresti 是科学学会 Branco Weiss
会员(Society in Science – BrancoWeiss
Fellow),也是哈佛大学工程与应用科学学院和威斯生物工程研究所材料科学与机械工程系的助理研究员。

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图 |
在声波打印中,喷射出的液滴能以任意的排布沉积在基底上。本图是将蜂蜜液滴阵列打印在玻璃片上。来源:Daniele
Foresti, Jennifer A. Lewis/Harvard University

众所周知,由于重力作用,所有的液滴都会往下滴——不管是沿着水龙头快速滴下的水,还是数年才会落下一滴的沥青。然而,如果打印时仅有重力的作用,液滴的尺寸就会很大,并且液滴的滴落速率很难控制。在著名的沥青滴漏实验中,每十年才会有一滴沥青滴落,科学家据此估测沥青的粘度大约是水的
2000 亿倍。

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