气相二氧化硅在3D打印中的应用

3D打印的出现为用于各种应用的机器人、电子元件和机械零件复杂三维功能结构的按需制造提供了一个强有力的工具。在3D打印过程中，使用屈服应力支持槽来临时将打印的3D结构保持在原位，直到整个结构完成固化是具有优势的一种策略。

最近，美国佛罗里大学的黄勇教授研究小组开发出了一种用疏水气相二氧化硅来配制具有触变特性的胶状材料，并用其实现了各种液体材料的3D打印。在这项研究中气相二氧化硅悬浮在矿物油中以制备屈服应力悬浮液。由于使用疏水性矿物油作为溶剂，支撑浴材料和疏水性油墨材料之间的界面张力比基于水性溶剂的支撑浴中的界面张力低得多，这使得从疏水性液体制造具有更复杂3D功能结构成为可能。此外，由于气相二氧化硅纳米颗粒的无机性质和矿物油相对较高的沸点，气相二氧化硅-矿物油支撑浴可以提供更高的温度范围，同时保持良好的屈服应力性能，以便有效打印热固化的疏水打印材料。

气相氧化硅纳米颗粒悬浮液制备：室温下将6.0% (w/v)的干燥疏水改性气相二氧化硅加入到矿物油中，使用顶置搅拌器以500 rpm连续混合90分钟后然后静置1天，得到二氧化硅纳米颗粒悬浮液。在每次使用之前，使用离心机以3000rpm的速度将悬浮液离心10分钟去除气泡。

疏水的气相二氧化硅纳米颗粒表面的主要官能团是非极性碳链，当与矿物油混合时，在静态下，由于范德华力，相邻的二氧化硅通过分子间键相互连接，形成稳定的三维网状微结构。矿物油分子被截留在三维网状微结构内。气相法二氧化硅纳米颗粒悬浮液呈现屈服应力性质，并且表现得像固体。在应力条件下，外部剪切应力可能破坏这些结合，稳定的三维网状微结构被分解成松散的团聚碎片，这使得热解二氧化硅纳米颗粒悬浮液表现得像液体一样。正是气相二氧化硅纳米颗粒悬浮液容易在类固体和液体状态之间转换，使其可以用作3D打印应用的支持浴材料。