3D納米打印技術(shù)將陶瓷轉(zhuǎn)化為高性能材料，用于疾病檢測(cè)和航空航天領(lǐng)域

導(dǎo)讀：一種全新的陶瓷制造方法的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，可能會(huì)對(duì)多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，包括醫(yī)療診斷、水處理和航天技術(shù)等。

△相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表在《Advanced Science》期刊上，為3D打印在高性能傳感、過(guò)濾、微電子封裝、催化和組織再生等領(lǐng)域的應(yīng)用打開(kāi)了新的大門(mén)。題目為“3D-AJP：通過(guò)無(wú)粘合劑和無(wú)輔助氣溶膠噴射3D納米打印制造先進(jìn)微結(jié)構(gòu)多材料陶瓷結(jié)構(gòu)”（傳送門(mén)）

2025年2月18日，南極熊獲悉，在3D打印技術(shù)的最新進(jìn)展中，3D-AJP（氣溶膠噴射3D納米打�。┘夹g(shù)成功解決了陶瓷材料制造中的一個(gè)重大難題。由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)，不僅能夠制造出高度復(fù)雜的微尺度陶瓷結(jié)構(gòu)，而且實(shí)現(xiàn)了前所未有的尺寸控制精度和最小化收縮率。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)教授、本研究的主要作者Rahul Panat闡述道：“采用傳統(tǒng)制造技術(shù)，無(wú)法加工出如此微小且精確的陶瓷結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在加工過(guò)程中極易碎裂�！�

△3D-AJP示意圖：氣溶膠噴射3D納米打印復(fù)雜的3D陶瓷微結(jié)構(gòu)，收縮率接近于零

3D-AJP技術(shù)推動(dòng)陶瓷打印在環(huán)保和醫(yī)療中的應(yīng)用

陶瓷材料因韌性低、硬度高而難以制造，但獨(dú)特的性能使它成為許多高科技應(yīng)用的理想選擇之一。盡管增材制造技術(shù)已經(jīng)能夠生產(chǎn)復(fù)雜的陶瓷結(jié)構(gòu)，但它們通常面臨著特征尺寸精確控制和微尺度高收縮之間的挑戰(zhàn)。3D-AJP技術(shù)成功克服了這些限制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)特征尺寸至20微米的精確控制，且縱橫比高達(dá)30:1，燒結(jié)時(shí)的線性收縮率僅為2-6%，為制造高精度陶瓷部件提供了可能。

△3D-AJP展示具有多級(jí)長(zhǎng)度尺度和多材料能力的復(fù)雜三維陶瓷微結(jié)構(gòu)

該技術(shù)利用幾乎無(wú)粘合劑的納米顆粒墨水，在Aerosol Jet 3D打印機(jī)中進(jìn)行打印，無(wú)需輔助支撐結(jié)構(gòu)，從而簡(jiǎn)化了制造過(guò)程。此外，3D-AJP技術(shù)還展示了它在制造雙材料3D結(jié)構(gòu)和混合陶瓷方面的多功能性，包括氧化鋅/氧化鋯、氧化鋅/二氧化鈦、二氧化鈦/氧化鋯等。

△使用通過(guò)陶瓷3D-AJP技術(shù)制造的傳感器檢測(cè)Her2乳腺癌生物標(biāo)志物

研究團(tuán)隊(duì)展示了3D-AJP技術(shù)在兩個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。在環(huán)保方面，3D打印的陶瓷光催化劑在水凈化過(guò)程中的光催化效率比傳統(tǒng)塊狀陶瓷提高了400%。在醫(yī)療領(lǐng)域，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種用于乳腺癌檢測(cè)的高靈敏度Her2生物標(biāo)志物傳感器，該傳感器實(shí)現(xiàn)了22秒的快速響應(yīng)時(shí)間，并創(chuàng)下了0.0193飛摩爾(fM)的超低檢測(cè)限紀(jì)錄。

這些成果預(yù)示著3D-AJP技術(shù)將引領(lǐng)陶瓷材料在高性能傳感、過(guò)濾、微電子封裝、催化和組織再生等領(lǐng)域的應(yīng)用，為相關(guān)行業(yè)帶來(lái)革命性的進(jìn)步。隨著這一技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用拓展，我們有理由期待3D打印在未來(lái)的高科技發(fā)展中扮演更加重要的角色。