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同济大学周斌和杜艾团队综述气凝胶3D打印领域进展
2025-03-127

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近日，同济大学物理科学与工程学院周斌教授、杜艾教授团队围绕气凝胶3D打印中的墨水流变调控与先进制备策略，系统梳理了气凝胶直接墨水书写（Direct Ink Writing, DIW）技术的基础理论及近年研究进展，并针对该领域现存挑战与未来发展方向进行了前瞻性展望。相关成果以“Direct ink writing of aerogels：Fundamentals，strategies，applications，and perspectives”为题发表于《材料科学进展》（Progress in Materials Science）。

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为实现气凝胶的直接墨水书写，需优先构建具有剪切-变稀特性的非牛顿流体（图1）。文章通过系统关联气凝胶前驱体流变特性的动态演变与3D打印墨水设计，详细分析了其形成机理，提出了可打印的墨水流变性能判据，为研究人员提供了定性与定量墨水设计的思路。
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图1、DIW机制及墨水流变学
溶胶凝胶墨水的流变特性和先进成型策略对气凝胶3D打印及其功能化应用至关重要。这些特性与策略对不同种类气凝胶的基本原理是通用的，甚至在理论上可扩展到任何种类的气凝胶3D打印。该综述针对气凝胶墨水流变学状态，详细探讨了“墨水设计-打印-后处理”的先进策略（图2）。文章也对气凝胶DIW的基本原理（涵盖挤出设置、墨水流变学、针内假设和模拟等方面）以及典型的应用（如超级电容器、电池、太阳能蒸汽产生、隔热、油水分离、有机污染物光降解、电磁屏蔽、细胞增殖、神经再生、骨组织工程、食品智能包装、智能设备、微型机器人、传感器等）进行了全面回顾，并详细探讨了其面临的诸多挑战（包括墨水设计、打印过程、打印精度和功能/应用等方面）以及未来可能发展的方向（如长期墨水储存及可打印、结构保真度与相关参数的匹配性、人工智能引入、快速凝胶化、新材料和新结构的开发等）。
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图2、DIW先进策略




来源：同济大学新闻网

编辑：鞠丽

审核：杨静、刘亚丹

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