- 文／淨妍
用於 3D 列印的材料不外乎是易雕塑的塑膠、樹脂、石膏或是金屬等等，但日前加州大學柏克萊分校的實驗卻打破大多數人的想像：液體也可以用來 3D 列印！他們到底是如何控制無固定形狀液體，讓它乖乖地變成自己想要的樣子呢？
微米水螺旋 3D 列印的突破
研究員們的做法是：將一種液體列印進另一種液體中。
他們透過 3D 列印機的細長針頭將水注入三維空間內，在裝滿矽油 (Silicone Oil) 的容器中做出懸浮的液體管狀結構。聽起來是不是有點複雜？其實，整個水注入油的過程就像用奶油裝飾蛋糕一樣，研究者能隨心在矽油中用水畫出美麗的螺旋造型。這些列印出的水線寬 10 微米（人類紅血球寬度的兩倍），厚度 1 毫米（比頭髮細），並可達數公尺長。
實驗室的其中一位科學家，Tom Russell 解釋到，3D 列印機在微米等級水線的製作中起了關鍵的作用。他們改裝原廠的 Qidi X-one 3D 列印機，將原本的列印頭替換為注射器和針頭，並由一位研究員編寫列印程序軟體，最後成功將水注入裝滿矽油的容器中。
實驗中 3D 列印機運作的畫面，矽油裡已經注入部分螺旋狀的水線了。圖／截圖自官方實驗影片
如何防止水螺旋瓦解？「超級肥皂」登場
雖然上段用奶油裝飾蛋糕來形容，但科學實驗從來不只一塊蛋糕那麼簡單。
正常來說，水沒辦法在另一種不同密度的物體裡保持某種形狀，但研究者卻說這些水柱拉花可以保持數、個、月不散，到底是怎麼回事？答案是，這些列印出的液體並不單純，研究者在裡面加了料！
為了防止美麗的水線瓦解，研究者在液體中中添加了表面活性劑 (Surfactant) 以形成穩定的結構。
實驗中使用的表面活性劑是由聚合物配體 [註] (Polymer Ligand) 和奈米等級的金粒所構成。金粒屬親水端，聚合物配體則屬親油端；將水注入矽油後，金粒會溶於水中，矽油則會被聚合物配體附著，而當金粒與聚合物配體互相吸引，就會破壞水的表面張力，讓水柱得以保持穩定的狀態。
這種運作方式與肥皂去汙的原理相同（肥皂也是一種表面活性劑），所以實驗中使用的表面活性劑被實驗者稱為「超級肥皂」(Supersoap)。
超級肥皂作用示意圖。圖／Reconfigurable Printed Liquids 圖片重製／淨妍
全新材料研發 「超級肥皂」的無限可能性
超級肥皂在會在液體間形成 2D 的表面電漿量子層，它是金粒的電磁場和自由電子之間的相互作用的結果，具有相當特殊的磁場，可以限制分子的流動，未來若是能夠充分研究並加以利用，或許可以找出分離分子及建構化合物的新方法。
除了限制分子流動，超級肥皂還有更多可能性，它可以應用在仿生、可重構等性質的材料之中，而此次的實驗正是此種表面活性劑的一種新應用方式，幫助液體成為更複雜的 3D 物體。如果將這種具彈性與延展性的液體應用在其他裝置上，說不定會帶來新的一波的科學突破！
- [註] 配體 (Ligand)：可和中心原子（金屬或類金屬）產生鍵結的原子、分子和離子。
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