物理科学与工程学院周斌和杜艾团队综述气凝胶3D打印领域进展，成果发表于《材料科学进展》

近日，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）。

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。

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）。

图2、DIW先进策略

周斌教授和杜艾教授为论文共同通讯作者，同济大学杨建明博士后为论文第一作者。其他作出突出贡献的作者还包括同济大学博士后卢贾璐和博士研究生韩东晓。该研究工作受到国家自然科学基金、国家重点研发计划资金和中央高校基本科研业务费专项资金资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0079642525000374?via%3Dihub