弗吉尼亚理工大学实验室3D打印液态金属复合材料，导热系数提升40倍

弗吉尼亚理工大学研究生休·格伦南（Hugh Grennan）在 Joel Telling 主持的 3D Printing Nerd YouTube 频道上发布的一段视频中展示了“3D 打印液态金属！”的实践。他将共晶镓铟（EGaIn）混合进未固化的聚二甲基硅氧烷（PDMS）硅胶中。他先浇注了一块混合物，按压出一条线路并点亮了 LED，随后用剃须刀片切过该线路以证明其仍具备导电性，最后利用注射器式打印机直接打印该材料，实现了引导热量而非电流的功能。

3D Printing LIQUID METAL! - YouTube Watch On

这种金属是共晶镓铟。格伦南描述其配比约为“三份镓、一份铟”，混合后在室温下呈液态。实验室网站指出，该复合材料中的液滴具有“柔软弹性”和“极高韧性”，并支持“自主自愈合电路”。

将金属混入未固化的 PDMS 会将其分散成独立的液滴，每个液滴表面包裹着一层薄薄的氧化镓皮层。在烤箱中烘烤约一小时，硅胶会从凝胶状变为固体，但内部的液滴仍保持液态。格伦南在视频中表示，这些液滴的直径“在 10 到 100 微米之间”。视频拍摄于弗吉尼亚理工大学的 VT MADE（先进制造新中心），这是一组实验室群，其中包括格伦南工作的软材料与结构实验室。

格伦南说，这款打印机是注射器进料式机器，经过专门设计，实验室可以直接将复合材料装入注射器并立即打印。液滴的形状由一个参数决定，该参数控制复合材料从喷嘴流出的速度与打印床移动速度之间的比例。恰当的设置能将圆球形液滴拉伸成细长状，从而让热量沿每个液滴的长轴方向传递，即“从热源流向散热汇”，格伦南说道。在被问及用途时，他提到了定制化散热器和可拉伸的穿戴式设备。

Michael Bartlett 是该实验室主任，也是机械工程副教授。他与团队在 2025 年于《Advanced Functional Materials》上发表论文，数据显示，沿液滴排列方向，该 3D 打印复合材料的导热系数达到 9.9 W/mK，约为未填充硅橡胶的 40 倍。另一篇 2024 年刊登在《Additive Manufacturing》的论文则指出，氧化层“被发现对液滴形状的重构与保持起着独特且关键的作用”。

在电气演示环节，Grennan 用压头在铸块上划出一道线。压力迫使液滴融合成一条连续的导电通路，一颗小 LED 随即亮起。显微镜下，这条通路呈现为实线状，金属被挤压至表面。随后，他用剃刀刀片横向切断这条通路，并在切口附近再次按压，LED 又微弱地亮了。

当被问及切割是否会增加电阻时，他回答“未必”，因为切割或穿刺只是“重新形成所有通路，让液态金属从中流过”。液滴最初被硅橡胶和自身的氧化层彼此隔离。此处的导电通路是金属汇聚流动的结果，而切割造成的空隙则是电流可以绕行的障碍。