ابتكار جديد في الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مادة MXene النانوية

 تمكن علماء من كوريا الجنوبية من تحقيق تقدم علمي لافت بتطوير تقنية مبتكرة لطباعة هياكل مجهرية ثلاثية الأبعاد فائقة الدقة، باستخدام مادة MXene النانوية ثنائية الأبعاد، المعروفة بتركيبها الفريد الذي يجمع بين طبقات المعدن والكربون.

وقد تم اكتشاف مادة MXene لأول مرة في الولايات المتحدة عام 2011، واكتسبت شهرة واسعة بفضل خصائصها المميزة مثل الموصلية الكهربائية العالية وقدرتها الفائقة على التدريع الكهرومغناطيسي، مما جعلها تُعتبر من “المواد المثالية”. ورغم استخدامها الواسع في صناعة البطاريات عالية الكفاءة، فإن التحديات التقنية المرتبطة بها قد حالت دون استخدامها في الطباعة ثلاثية الأبعاد حتى الآن.

ويُعد هذا الابتكار بمثابة خطوة هامة نحو استخدام المواد النانوية في تطبيقات متقدمة، ويُبشّر بمستقبل مشرق في مجال التصنيع الدقيق. وقد تم تقديم هذا الإنجاز من قبل فريق أبحاث الطباعة ثلاثية الأبعاد الذكية في معهد KERI الكوري، بقيادة الدكتور سول سونغ كوون، الذي عمل على تطوير تقنية خاصة لحل التحديات التي كانت تواجه استخدام مادة MXene في الطباعة ثلاثية الأبعاد.

كان من الصعب استخدام مادة MXene في الطباعة ثلاثية الأبعاد بسبب حاجتها إلى مواد رابطة لتحسين لزوجتها، وهو ما كان يشكل تحدياً كبيراً. إذ أن أي تركيز مرتفع من MXene كان يؤدي إلى انسداد الفوهة، بينما كان التركيز المنخفض يؤثر على فعالية الطباعة. بالإضافة إلى ذلك، كانت المواد المضافة تُضعف الخصائص الأصلية لـ MXene، مما قلل من إمكاناتها. وللتغلب على هذه العقبات، استخدم الفريق البحثي طريقة “Meniscus” حيث يتم تشكيل القطرة على سطح منحني تحت ضغط ثابت، دون أن تتأثر بفعل الخاصية الشعرية.

بفضل هذا النهج الجديد، تم تطوير حبر نانوي للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مادة MXene شديدة الامتصاص للماء، دون الحاجة لاستخدام أي مواد رابطة. هذا الابتكار يسمح بطباعة هياكل دقيقة وعالية الدقة باستخدام حبر منخفض اللزوجة، وهو ما يعزز دقة الطباعة ويُسهم في فتح آفاق جديدة في العديد من التطبيقات المستقبلية.

يُعتبر تصغير حجم الهياكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد خطوة ثورية قد تحدث تحولاً في مجالات مثل الأجهزة الكهربائية والإلكترونية. ففي تطبيقات البطاريات وتخزين الطاقة، يعزز هذا التطور من كفاءة نقل الأيونات ويُحسن من كثافة الطاقة بشكل كبير، مما يعزز أداء هذه الأجهزة ويزيد من كفاءتها بشكل ملحوظ.