Применение газообразного диоксида кремния в 3D-печати 

Появление 3D-печати стало мощным инструментом для изготовления по требованию сложных трехмерных функциональных конструкций роботов, электронных компонентов и механических деталей, предназначенных для различных областей применения. В процессе 3D-печати эффективной стратегией является использование опорных канавок, рассчитанных на предел текучести, для временной фиксации печатаемой 3D-конструкции до полного отвердевания всей конструкции.

Исследовательская группа профессора Юнга Хуанга из Университета Флорида (США) разработала метод получения гелеобразных материалов с трексойными свойствами на основе гидрофобного газофазного диоксида кремния и использовала их для 3D-печати различных жидких материалов. В рамках данного исследования газофазный диоксид кремния суспендировали в минеральном масле для получения суспензии с пределом текучести. Благодаря использованию гидрофобного минерального масла в качестве растворителя, межфазное натяжение между материалом опорной ванны и гидрофобными чернилами оказалось значительно ниже, чем в опорных ваннах на водной основе, что позволило создавать более сложные 3D-структуры из гидрофобных жидкостей. Кроме того, благодаря неорганическим свойствам наночастиц газофазного диоксида кремния и относительно высокой температуре кипения минерального масла, опорная ванна из газофазного диоксида кремния и минерального масла может работать в более широком диапазоне температур, сохраняя при этом хорошие характеристики напряжения текучести, что позволяет эффективно печатать термоотверждаемые гидрофобные материалы.

Приготовление суспензии наночастиц газофазного диоксида кремния: при комнатной температуре 6,0 % (мас./об.) сухого гидрофобно-модифицированного газофазного диоксида кремния добавляют в минеральное масло; после непрерывного перемешивания с помощью верхней мешалки со скоростью 500 об/мин в течение 90 минут смесь оставляют отстаиваться на 1 сутки, в результате чего получают суспензию наночастиц диоксида кремния. Перед каждым использованием суспензию центрифугируют в центрифуге при скорости 3000 об/мин в течение 10 минут для удаления пузырьков.

Основными функциональными группами на поверхности гидрофобных наночастиц диоксида кремния, полученных методом газофазного осаждения, являются неполярные углеродные цепи. При смешивании с минеральным маслом в статических условиях соседние частицы диоксида кремния соединяются между собой посредством межмолекулярных связей под действием сил Ван-дер-Ваальса, образуя стабильную трехмерную сетчатую микроструктуру. Молекулы минерального масла удерживаются внутри трехмерной сетчатой микроструктуры. Суспензия наночастиц диоксида кремния, полученных методом газофазного осаждения, демонстрирует свойства предельного напряжения и ведет себя как твердое тело. Под воздействием нагрузки внешнее сдвиговое усилие может разрушить эти связи, и стабильная трехмерная сетчатая микроструктура распадается на рыхлые агрегаты, что заставляет суспензию наночастиц пирогенного диоксида кремния вести себя как жидкость. Именно благодаря способности суспензии наночастиц пирогенного диоксида кремния легко переходить из твердого состояния в жидкое она может использоваться в качестве материала для подложки в 3D-печати.