近日，我院白华教授在液态金属的3D打印研究方向取得新的重要进展，相关成果以“Liquid metal organic high-internal-phase emulsion for coaxial 3D printing of elastic conductive fibers”为题在线发表于《Matter》期刊（DOI: 10.1016/j.matt.2025.102516）。
柔性导电纤维作为一种新型功能材料，因其卓越的性能，在传感器、能量存储、电磁屏蔽和信号传输等领域得到了广泛应用。镓基液态金属（LM）具有优异的导电性、流动性和自修复能力，成为制造高柔性导电纤维的理想材料。基于直接墨水书写（DIW）技术的同轴3D打印，能够将两种材料结合，精确制造具有芯鞘结构的线条，并形成复杂的三维结构，是制备同轴导电纤维的理想方法。然而，液态金属的高表面张力和低粘度使其难以与同轴打印系统兼容，限制了打印过程中的流动性、分辨率和打印速度，从而影响了打印效果和效率。
为克服这一挑战，永利官网白华教授团队提出了一种创新的液态金属流变学改性策略。团队通过将硬脂酸异丙醇溶液与液态金属相结合，成功制备了化学性质稳定的液态金属有机高内相乳液（SALM-HIPEG）。在乳液中，硬脂酸不仅作为分散剂，还在液滴表面形成润滑层，有效减少摩擦，防止液滴间的聚结和破乳现象，从而提高了乳液的稳定性和流动性。因此，SALM-HIPE能够快速保持打印线条的形状，成为适用于高分辨率和纵横比的DIW 3D打印油墨，并成功打印出精细的3D结构。
图1：SALM-HIPE的制备及性能
这种乳液不仅适用于独立的直接墨水书写（DIW）3D打印，还能作为内芯油墨应用于同轴3D打印。打印过程中，SALM-HIPE通过同轴喷嘴的内通道挤出，而功能性热固性鞘层油墨通过外通道输送，形成以SALM-HIPE为导电内芯的同轴结构纤维。SALM-HIPE的塑性流动行为实现了稳定的内芯流动，并与多种低粘度护套材料兼容，能够制造出具有可调节芯直径、高分辨率和快速3D打印能力的同轴导电纤维。这些高弹性纤维在可穿戴电子产品、电磁信号传输和无线电力传输系统中具有广阔的应用前景。
图2：基于弹性导电纤维的3D打印集成结构
文章第一作者是yl23455永利2022级博士生林泽文。研究工作得到国家自然科学基金(22179115)的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102516
