Des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie ont mis au point un moyen d'imprimer des structures 3D entièrement composées de liquides. À l'aide d'une imprimante 3D modifiée, ils ont injecté des filets d'eau dans de l'huile de silicone, sculptant des tubes constitués d'un liquide dans un autre liquide.

Ils envisagent que leur matériau tout liquide pourrait être utilisé pour construire de l'électronique liquide qui alimente des flexibles, appareils extensibles. Les scientifiques prévoient également de régler chimiquement les tubes et de faire circuler des molécules à travers eux, menant à de nouvelles façons de séparer des molécules ou de fournir avec précision des blocs de construction à l'échelle nanométrique à des composés en construction.

Les chercheurs ont imprimé des fils d'eau entre 10 microns et 1 millimètre de diamètre, et dans une variété de formes en spirale et ramifiées jusqu'à plusieurs mètres de longueur. Quoi de plus, le matériau peut se conformer à son environnement et changer de forme à plusieurs reprises.

"C'est une nouvelle classe de matériau qui peut se reconfigurer, et il a le potentiel d'être personnalisé dans des réacteurs liquides pour de nombreuses utilisations, de la synthèse chimique au transport ionique en passant par la catalyse, " dit Tom Russell, chercheur invité à la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab. Il a développé le matériel avec Joe Forth, chercheur postdoctoral au sein de la Division Sciences des Matériaux, ainsi que d'autres scientifiques du Berkeley Lab et de plusieurs autres institutions. Ils rapportent leurs recherches le 24 mars dans la revue Matériaux avancés .

Le matériau doit ses origines à deux avancées :apprendre à créer des tubes de liquide à l'intérieur d'un autre liquide, puis automatiser le processus.

Pour la première étape, les scientifiques ont mis au point un moyen de recouvrir les tubes d'eau d'un tensioactif spécial dérivé de nanoparticules qui retient l'eau en place. Le tensioactif, essentiellement du savon, empêche les tubes de se briser en gouttelettes. Leur tensioactif fait si bien son travail, les scientifiques l'appellent un supersavon à nanoparticules.

Le supersavon a été obtenu en dispersant des nanoparticules d'or dans de l'eau et des ligands polymères dans de l'huile. Les nanoparticules d'or et les ligands polymères veulent s'attacher les uns aux autres, mais ils veulent aussi rester dans leurs milieux respectifs d'eau et d'huile. Les ligands ont été développés avec l'aide de Brett Helms à la Molecular Foundry, une installation utilisateur du DOE Office of Science située à Berkeley Lab.

En pratique, peu de temps après que l'eau est injectée dans l'huile, des dizaines de ligands dans l'huile se fixent à des nanoparticules individuelles dans l'eau, formant un supersavon à nanoparticules. Ces supersavons se confondent et se vitrifient, comme le verre, qui stabilise l'interface entre l'huile et l'eau et verrouille les structures liquides en place.

"Cette stabilité signifie que nous pouvons étirer l'eau dans un tube, et il reste un tube. Ou nous pouvons façonner l'eau en un ellipsoïde, et il reste un ellipsoïde, ", a déclaré Russell. "Nous avons utilisé ces supersavons à nanoparticules pour imprimer des tubes d'eau qui durent plusieurs mois."

Vient ensuite l'automatisation. Forth a modifié une imprimante 3D standard en supprimant les composants conçus pour imprimer le plastique et en les remplaçant par une pompe à seringue et une aiguille qui extrude le liquide. Il a ensuite programmé l'imprimante pour insérer l'aiguille dans le substrat d'huile et injecter de l'eau selon un motif prédéterminé.

"Nous pouvons presser le liquide d'une aiguille, et placez des fils d'eau où bon nous semble en trois dimensions, " a déclaré Forth. "Nous pouvons également cingler le matériau avec une force externe, ce qui brise momentanément la stabilité du supersavon et modifie la forme des fils d'eau. Les structures sont reconfigurables à l'infini."