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基于改性聚合物3D打印的功能化金屬微結(jié)構(gòu)制造

更新時(shí)間：2023-01-17點(diǎn)擊次數(shù)：1430
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金屬三維微結(jié)構(gòu)由于其具有的獨(dú)貢獻力量。特的光學(xué)使用、熱學(xué)、磁學(xué)發行速度、電子學(xué)和催化特性更加堅強，在微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、集成電路性能、高頻電子初步建立、光電子、小型飛行器和支架等微尺度系統(tǒng)供給、微流體和微型機(jī)器人等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力的方法。盡管存在用于制造宏觀尺度三維金屬結(jié)構(gòu)的成熟技術(shù)，但到了微觀尺度時(shí)進行探討，現(xiàn)有技術(shù)都較難實(shí)現(xiàn)持續。因此目前，*行聚合物打印再獲，以創(chuàng)建復(fù)雜的微 3D 結(jié)構(gòu)產品和服務，而后在結(jié)構(gòu)表面鍍一層金屬這一方法引起了大家的興趣。相比于傳統(tǒng)的金屬打印樣品體驗區，3D 金屬-聚合物復(fù)合功能器件具有更復(fù)雜增多、精密的結(jié)構(gòu)，更輕的重量有望，以及更高的設(shè)計(jì)自由度和更高的集成度進一步推進。

近期，南洋理工大學(xué)的Hirotaka Sato教授團(tuán)隊(duì)，王一凡教授團(tuán)隊(duì)以及早稻田大學(xué)的Shinjiro Umezu教授團(tuán)隊(duì)合作提出了一種新型的金屬-聚合物微尺度三維結(jié)構(gòu)的制造方法創新為先。該方法采用將催化劑前體加載到光固化樹(shù)脂中的方法真正做到，利用新型微立體光刻技術(shù)(nanoArch S140，摩方精密)進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高精度3D打印創新延展，并使用NaOH 溶液對(duì)打印樣品進(jìn)行預(yù)處理強化意識，以增加催化劑前體 [Pd(II)] 的存在，便于后續(xù)將金屬化學(xué)鍍(ELD)到打印樣品上基本情況。 與傳統(tǒng)工藝相比現場，該工藝更加安全環(huán)保，并且耗時(shí)更少力量，同時(shí)更加便宜我有所應。此外，此方法還可以實(shí)現(xiàn)金屬的多層沉積以獲得具有所需特性組合的多功能結(jié)構(gòu)深入實施。該制造方法克服了傳統(tǒng)化學(xué)鍍工藝的瓶頸至關重要，例如進(jìn)行預(yù)處理時(shí)對(duì)有毒化學(xué)品的使用。相關(guān)成果以“Modified polymer 3D printing enables the formation of functionalized micro-metallic architectures”為題發(fā)表在《Additive Manufacturing》期刊上效果。
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圖 1：使用 BMF microArch S140 3D 打印機(jī)對(duì)金屬-聚合物混合微結(jié)構(gòu)進(jìn)行 3D 打印有所應。a) PµSL技術(shù)示意圖。b) 基于 PµSL 技術(shù)的微結(jié)構(gòu)3D 打印過(guò)程 i) CAD 建模 ii) 切片 iii) PµSL 3D 打印 iv) 最終樣品快速融入。c) 用于金屬-聚合物混合微結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍍工藝認為。

微尺度金屬三維結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程主要分為兩個(gè)步驟：(i) 微尺度結(jié)構(gòu)的PµSL打印系統。(2) 對(duì)打印樣品表面的化學(xué)鍍增強。團(tuán)隊(duì)成員使用面投影微立體光刻技術(shù) (nanoArch S140, 摩方精密) 完成器件的制備〗涣鞯?；瘜W(xué)鍍的流程如圖1(c)所示更加廣闊。 (1) 用酒精以及去離子水清洗使用催化劑樹(shù)脂打印的樣品 (2) 將樣品浸入 50 ºC 的 0.2 M NaOH 中 30 分鐘以便于樹(shù)脂的開(kāi)環(huán)，使 Pd2+活躍在樣品表面提高。 (3) 用去離子水清洗樣品上多余的NaOH可以使用。(4) 將樣品浸入NaH?PO?溶液中，50℃攪拌15分鐘紮實，使Pd (II)還原為Pd效高化。(5) 重復(fù)去離子水清洗 (6) 將樣品進(jìn)行Ni-P/Cu 或Co-P 化學(xué)鍍?cè)　?7) 用去離子水洗滌樣品并吹干。為了通過(guò)微型 3D 打印技術(shù)制造微尺度結(jié)構(gòu)投入力度，上述團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了打印材料配方的優(yōu)化創造。基礎(chǔ)配方是一種水洗光敏樹(shù)脂規定。在不同的溶劑和條件下制備不同的PdCl2催化劑樹(shù)脂環境，并將其放置5小時(shí)，通過(guò)觀察是否有明顯的沉淀現(xiàn)象產(chǎn)生，驗(yàn)證其穩(wěn)定性相對簡便。而后改變PdCl2濃度重要組成部分，研究其對(duì)催化劑樹(shù)脂穩(wěn)定性的影響（如圖2所示）。

結(jié)果顯示合作，使用 0.7 M NH4Cl制備的 PdCl2催化劑樹(shù)脂具有良好的穩(wěn)定性勃勃生機，可打印精度達(dá)50µm的微尺度結(jié)構(gòu)。本研究在化學(xué)鍍方法上有了很大改進(jìn)一站式服務，可以擺脫傳統(tǒng)對(duì)于有毒化學(xué)藥品的使用廣度和深度，同時(shí)均勻地將Ni、Cu引領作用、Co等金屬鍍?cè)趶?fù)雜三維微結(jié)構(gòu)上加強宣傳，展現(xiàn)了在微電子、微型機(jī)器人等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力用的舒心。


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圖 2：在不同 PdCl2 濃度條件下制備的催化劑樹(shù)脂的穩(wěn)定性技術發展。a) 在 0.7M NH4Cl 中用不同濃度的 Pd(II) 制備的催化劑樹(shù)脂，以研究 Pd(II) 濃度對(duì)催化劑樹(shù)脂穩(wěn)定性的影響集成，i) 不同的 Pd(II) 溶液重要手段，ii) 催化劑樹(shù)脂混合物b )相同Pd(II)濃度下，不同老化時(shí)間的催化劑樹(shù)脂穩定性。
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圖 3：a) 樹(shù)脂與打印機(jī)參數(shù)測(cè)試像一棵樹。b) 打印試樣化學(xué)鍍測(cè)試。c) 3D 打印微觀結(jié)構(gòu)精度比較 i) 水洗樹(shù)脂和 ii) 催化劑樹(shù)脂去突破。
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圖 4：a) 樹(shù)脂環(huán)斷裂的堿性水解機(jī)理能運用。b) 化學(xué)鍍工藝優(yōu)化。c) 化學(xué)鍍 3D 打印結(jié)構(gòu)智能設備。i) 鍍銅立方體 ii) 鍍鎳網(wǎng)格立方體 iii) 鍍鈷齒輪 iv)鍍鎳迷你輪不可缺少。
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圖 5：微尺度3D打印化學(xué)鍍的應(yīng)用。磁性微尺度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng) a) 研究中使用的局部和全局坐標(biāo)系示意圖 b) 繞 局部坐標(biāo)系x 軸旋轉(zhuǎn)以沿全局坐標(biāo)系x 方向滾動(dòng) c) 繞局部坐標(biāo)系 y 軸旋轉(zhuǎn) d) 沿局部坐標(biāo)系 i) x 軸 ii) y 軸和 iii) z 軸移動(dòng)特點。