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杏彩3新材料可以模塑成高导电三维结构

可以模塑成高导电3-D结构的新型树脂材料显示出用于医疗用途的燃料电池,电池和生物传感器接口的定制电极的潜力。

虽然它的表面已变成碳,但仍可以用显微镜轻松观察到类似兔子的特征。这种兔子雕塑,一种典型细菌的大小,是由杏彩3科学家团队使用一种新材料创造的几种异想天开的形状之一,这种新材料可以模塑成复杂的,高导电性的三维结构,其特征只有几微米。结合最先进的微雕技术,新型树脂有望为燃料电池或电池制造定制电极,以及用于医疗用途的生物传感器接口。

这项工作为杏彩3研究人员试图在微观或细胞水平上创建几乎任何复杂形状的导电材料打开了一扇大门。“最有希望的应用之一是可以与大脑连接的三维微电极。这些脑界面,一排针状电极指向同一方向,如梳子上的牙齿,可以发送或接收来自神经元的电信号,可用于深部脑刺激和其他治疗干预,以治疗癫痫,抑郁症等疾病。帕金森病。“虽然目前的微电极是简单的二维针阵列,方法可以提供复杂的3-D电极阵列”,其中单个器件的针具有不同的长度和尖端形状,使杏彩3研究人员能够更灵活地设计用于特殊目的的电极。还设想制作用于加热应用的微观3-D线圈。

目前,杏彩3研究人员可以获得可用于制造复杂3-D结构的材料。但是,与现代3-D成型技术一起使用的市售树脂对碳化没有反应,碳化是电极制备过程的必要部分。在这个阶段,结构在足够高的温度下烘烤以使其表面变成碳。“碳化”或炭化的过程增加了树脂的导电性并且还增加了其表面积,这两者都使其成为良好的电极。不幸的是,这个过程也破坏了树脂的形状; 一个球体变成一个无法识别的焦化斑点。杏彩3研究人员需要的是可以使用三维成型技术制作的新材料,但这些材料也可以在炭化过程中存活下来。

由杏彩3团队寻求开发适合这些需求的材料。开发了一种光敏树脂,其中包括一种名为间苯二酚二缩水甘油醚(RDGE)的材料,通常用于稀释其他树脂,但之前从未用于3D雕刻。新混合物比其他化合物具有独特的优势 - 它是液体,因此可能适合使用首选的3-D雕刻方法进行操作。

在新化合物中测试了三种不同浓度的RDGE。虽然存在收缩,但是在炭化过程中材料保持其形状(在需要结构小型化的情况下,微观结构的受控收缩可能是好事)。RDGE浓度最低的树脂缩小了30%,而浓度最高的树脂缩小了30%。

杏彩3研究人员还测试了他们的新树脂使用特别适合三维成型的技术进行操作的能力。在称为微转移模塑的一种技术中,将光敏液体模塑成所需形状,然后通过暴露于紫外(UV)光下硬化。另一种技术,由于其多功能性而优选,利用液体树脂在暴露于激光束时固化的性质。在这个称为双光子聚合的过程中,杏彩3研究人员使用激光在液体树脂上“绘制”一个形状并逐层构建。一旦物体成形,就将它们碳化并用扫描电子显微镜(SEM)观察。

除了制作金字塔和圆盘外,杏彩3研究人员还复制了众所周知的“斯坦福兔子”,这是一种常用于三维建模和计算机图形学的形状。后续步骤包括制造可用的碳微结构,以及在本杏彩3研究中测试的高于800摄氏度的温度下对树脂进行炭化。升温可能会破坏微观结构,但有可能将表面转变为石墨,这是一种比迄今为止碳化表面更高质量的导体。

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