NASA科學家開發出等離子3D納米打印技術

日前，美國宇航局（NASA）的科學家們開發出了一種新型納米材料打印工藝，使人們可以用它更容易、更便宜地制造諸如可穿戴化學、生物傳感器、數據存儲器和集成電路之類的裝置，而且可以將其打印在彎曲的表面上，比如紙或者布等。其中的秘密在哪里?等離子體。

　　該噴嘴通過氦等離子體的開關來噴射納米管。當等離子體關閉時，納米管的密度小。該等離子體能夠以很高的密度和良好的附著力將納米管聚集在基板上。

　　事實上，在基板上逐層打印納米管之類的納米顆粒并不需要任何花哨的硬件——最常用的就是使用噴墨打印機，這種噴墨打印機可能與您在家里或者辦公室里使用的那種機器很相似。不過，盡管這些打印機比較經濟和耐用，它們也有自己的限制，就是只能將液體油墨打印在硬質材料上，要知道不是所有的材料都可以很方便地制成液體的。但最嚴重的限制還是它們只能打印2D對象。

　　氣溶膠打印技術可以部分解決這些問題。該技術可以將納米材料沉積到柔性基板上。但是由于打印之后需要將其加熱到幾百度來干燥油墨，因此仍然無法使用依然的紙或布等材料。

　　如今，來自NASA Ames研究中心和美國SLAC國家加速器實驗室研究人員開發出了一種新的3D打印方法解決了這個問題。該基于等離子打印系統并不需要熱處理階段，事實上，整個過程只需要40攝氏度左右的溫度，而且也不要求打印材料一定是液態的。

　　“你可以用它將東西沉積在紙、塑料、棉花和任何織物上。”NASA Ames研究中心的Mayya Meyyappan說。“它很適合柔性基板。”

　　為了展示他們的技術，研究團隊在一張紙上覆蓋了一層碳納米管。為了做到這一點，他們通過一個噴嘴直接將碳納米管和氦離子等離子體的混合物噴到紙上。由于等離子體能將粒子集中在紙的表面，形成一個穩固的層而且不需要進一步處理。

　　除此之外，他們還使用同樣的技術3D打印了兩個簡單的化學和生物傳感器。通過將某種分子添加到納米管與等離子體的混合物中，他們可以改變納米管的電阻并響應某些化合物。他們3D打印的化學傳感器是用來檢測氨氣的；而生物傳感器則是專門相應多巴胺的，這是一種與帕金森或者癲癇癥之類的疾病有關的神經傳遞素。

　　據了解，這種3D打印方法非常靈活，很容易就能擴展——只需添加更多的噴嘴即可。例如，一個花灑式的系統就可以一次打印很大的表面。或者它可以設計得像一個軟管，在三維曲面上噴涂納米材料。

　　“這種技術可以完成噴墨打印做不到的事情。”Meyyappan說。“而且任何噴墨打印能做的事情它都能做，因此它相當具有競爭力。”

　　Meyyappan表示這種方法很容易就能商業應用，只需進行一下比較簡單和廉價的開發即可。目前該團隊正在調整他們的技術使其能夠支持其它的打印材料，比如銅等。這種技術還能夠將電池材料打印到很薄的金屬（比如鋁）板上，然后將該金屬板卷起來，制造出非常小，但是功能卻非常強大的電池，以用在手機或者其他設備上。

　　該研究成果已經發表在《Applied Physics Letters》雜志上，標題為《柔性基板的等離子噴射打印（Plasma jet printing for flexible substrate）》。