NASA科学家开发出等离子3D纳米打印技术

日前，美国宇航局（NASA）的科学家们开发出了一种新型纳米材料打印工艺，使人们可以用它更容易、更便宜地制造诸如可穿戴化学、生物传感器、数据存储器和集成电路之类的装置，而且可以将其打印在弯曲的表面上，比如纸或者布等。其中的秘密在哪里?等离子体。

该喷嘴通过氦等离子体的开关来喷射纳米管。当等离子体关闭时，纳米管的密度小。该等离子体能够以很高的密度和良好的附着力将纳米管聚集在基板上。

事实上，在基板上逐层打印纳米管之类的纳米颗粒并不需要任何花哨的硬件——最常用的就是使用喷墨打印机，这种喷墨打印机可能与您在家里或者办公室里使用的那种机器很相似。不过，尽管这些打印机比较经济和耐用，它们也有自己的限制，就是只能将液体油墨打印在硬质材料上，要知道不是所有的材料都可以很方便地制成液体的。但最严重的限制还是它们只能打印2D对象。

气溶胶打印技术可以部分解决这些问题。该技术可以将纳米材料沉积到柔性基板上。但是由于打印之后需要将其加热到几百度来干燥油墨，因此仍然无法使用依然的纸或布等材料。

如今，来自NASA Ames研究中心和美国SLAC国家加速器实验室研究人员开发出了一种新的3D打印方法解决了这个问题。该基于等离子打印系统并不需要热处理阶段，事实上，整个过程只需要40摄氏度左右的温度，而且也不要求打印材料一定是液态的。

“你可以用它将东西沉积在纸、塑料、棉花和任何织物上。”NASA Ames研究中心的Mayya Meyyappan说。“它很适合柔性基板。”

为了展示他们的技术，研究团队在一张纸上覆盖了一层碳纳米管。为了做到这一点，他们通过一个喷嘴直接将碳纳米管和氦离子等离子体的混合物喷到纸上。由于等离子体能将粒子集中在纸的表面，形成一个稳固的层而且不需要进一步处理。

除此之外，他们还使用同样的技术3D打印了两个简单的化学和生物传感器。通过将某种分子添加到纳米管与等离子体的混合物中，他们可以改变纳米管的电阻并响应某些化合物。他们3D打印的化学传感器是用来检测氨气的；而生物传感器则是专门相应多巴胺的，这是一种与帕金森或者癫痫症之类的疾病有关的神经传递素。

据了解，这种3D打印方法非常灵活，很容易就能扩展——只需添加更多的喷嘴即可。例如，一个花洒式的系统就可以一次打印很大的表面。或者它可以设计得像一个软管，在三维曲面上喷涂纳米材料。

“这种技术可以完成喷墨打印做不到的事情。”Meyyappan说。“而且任何喷墨打印能做的事情它都能做，因此它相当具有竞争力。”

Meyyappan表示这种方法很容易就能商业应用，只需进行一下比较简单和廉价的开发即可。目前该团队正在调整他们的技术使其能够支持其它的打印材料，比如铜等。这种技术还能够将电池材料打印到很薄的金属（比如铝）板上，然后将该金属板卷起来，制造出非常小，但是功能却非常强大的电池，以用在手机或者其他设备上。

该研究成果已经发表在《Applied Physics Letters》杂志上，标题为《柔性基板的等离子喷射打印（Plasma jet printing for flexible substrate）》。