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Carbon 3D：整個(gè)3D打印界都為之瘋狂

   Carbon 3D的創(chuàng)始人Joseph M. DeSimone雖然只是North Carolina State University一名普通的化學(xué)家，但是這并不妨礙他成為3D 打印界的名人。2015年，他在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Science》上發(fā)表封面文章，并在文章中首次提出并展示了連續(xù)液體界面生產(chǎn)技術(shù)（CLIP），于是，整個(gè)3D打印界都抖了三抖。

（注：此兩圖展示的即為通過(guò)CLIP打印出的微型埃菲爾鐵塔等模型，這項(xiàng)技術(shù)可以打印尺寸從幾十微米至幾十厘米的部件。）

   CLIP將3D打印的速度提高了至少上百倍，使3D打印的工業(yè)應(yīng)用又推進(jìn)了一大步。其技術(shù)核心原理其實(shí)并不復(fù)雜。對(duì)于高分子專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，它甚至顯得有些過(guò)于簡(jiǎn)單。在自由基聚合過(guò)程中，采用一些光引發(fā)劑可以讓液態(tài)單體聚合而固化，而氧氣卻能抑制這樣的過(guò)程。所以，只要在空間上能控制光與氧氣的分布，就可以控制3D打印的過(guò)程。

   上兩圖即為CLIP中的核心部件。液態(tài)的樹(shù)脂存在樹(shù)脂池里，樹(shù)脂池下面是一個(gè)可透光并透氧的Teflon材質(zhì)的窗戶。越靠近窗戶的區(qū)域，氧氣越濃，這些區(qū)域就無(wú)法進(jìn)行光誘導(dǎo)的的聚合，即為聚合“死區(qū)”。這樣就會(huì)存在一個(gè)臨界的界面：界面之下永遠(yuǎn)是液態(tài)，而界面之上，就會(huì)根據(jù)光照?qǐng)D案的不同產(chǎn)生形狀各異的固體部件。同時(shí)將已經(jīng)固化的部件拉起，原來(lái)固化的空間迅速被新的液態(tài)樹(shù)脂填滿，并連續(xù)重復(fù)著上述過(guò)程，所以，你就看到了文首動(dòng)圖中在液體中“撈出”一個(gè)埃菲爾鐵塔，其實(shí)并不是“撈”。說(shuō)白了，這就是一個(gè)在時(shí)間與空間上精確控制的聚合反應(yīng)。

   Joseph M. DeSimone早就料到3D打印界會(huì)為他抖上三抖。所以，除了發(fā)文章，他還要發(fā)點(diǎn)財(cái)。至今為止，Carbon 3D吸引了Sequoia Capital、Google Ventures、Silver Lake Kraftwerk等多家投資機(jī)構(gòu)的投資，總投資金額高達(dá)一億四千萬(wàn)美元。

   下圖為Carbon 3D官網(wǎng)的宣傳視頻，炫酷唯美至極，感興趣的同學(xué)可以戳視頻。

Connora Technologie：碳纖維珍貴？那就讓它循環(huán)起來(lái)

   碳纖維是重要的工程材料。它外柔內(nèi)剛，質(zhì)量比金屬鋁輕，強(qiáng)度優(yōu)于鋼鐵。在國(guó)防軍工與民用工程方面都是重要的物資。由碳纖維組成的復(fù)合材料能讓汽車與飛機(jī)更加輕量化。但是遺憾的是，因?yàn)闆](méi)有可靠的技術(shù)來(lái)回收這些寶貴的材料，如果汽車報(bào)廢的話，這些材料也跟隨著報(bào)廢掉了。

   技術(shù)難點(diǎn)在哪里呢？原來(lái)，碳纖維通常與熱固性樹(shù)脂復(fù)合起來(lái)使用，熱固性決定了它只可被加熱成型一次，因此復(fù)合物不可被重復(fù)加工。而將二者分離又不是那么容易，熱解也許是一種辦法，但是碳纖維也會(huì)受到破壞。Connora Technologie的首席技術(shù)官Stefan J. Pastine在師從著名高分子化學(xué)家Jean M. J. Fréchet時(shí)候就曾想到過(guò)一個(gè)絕妙的點(diǎn)子。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是將熱固性的樹(shù)脂變?yōu)闊崴苄缘摹＜夹g(shù)核心在于改變環(huán)氧樹(shù)脂的合成配方。將單體之一換成具有縮醛鍵的單體，縮醛鍵的存在使得最終的聚合物三維網(wǎng)絡(luò)具有酸降解的性質(zhì)。因此，將碳纖維復(fù)合物投入到100℃的乙酸中，樹(shù)脂部分便被分解，從中過(guò)濾出的碳纖維便可重復(fù)利用。

   Connora已經(jīng)得到了來(lái)Entropy Research Labs,Chemical Angel Network,Samsung Ventures的財(cái)政支持并進(jìn)行著A輪融資。Connora也在積極尋找與運(yùn)動(dòng)器材生產(chǎn)商的商業(yè)合作，包括自行車架、帆板、滑板等生產(chǎn)商。

SLIPS Technologies：滑，所以才不會(huì)“污”

   你肯定有過(guò)下面圖里左邊的經(jīng)歷：

   倒洗發(fā)香波、酸奶的時(shí)候，永遠(yuǎn)會(huì)殘留在瓶壁上一部分，那能不能讓瓶子能像右邊的這種一樣干干凈凈呢？

   SLIPS Technologies團(tuán)隊(duì)創(chuàng)始人之一Joanna Aizenberg發(fā)明的技術(shù)或許就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。2011年，她領(lǐng)導(dǎo)的學(xué)術(shù)小組在另一著名學(xué)術(shù)期刊《Nature》上展示了滑液注入式多孔表面（SLIPS）技術(shù)。利用此得到的材料史無(wú)前例地排斥多種液體，具有廣泛的“憎液性”。并同時(shí)兼具自愈合、抗結(jié)冰、抗高壓等多種優(yōu)點(diǎn)。

   Aizenberg的靈感來(lái)自于豬籠草。這種熱帶食蟲(chóng)植物，由于有著相當(dāng)光滑的表面，昆蟲(chóng)落在上面之后“刺溜”一下滑進(jìn)植物體內(nèi)而被淹沒(méi)和消化。Aizenberg就在材料表面重塑了與豬籠草一樣的微觀紋理結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，利用Teflon先制備一個(gè)多孔固體基底，并用含氟液體將其內(nèi)外浸潤(rùn)，由于特殊的物理化學(xué)即表面性質(zhì)，含氟液體會(huì)牢牢地與Teflon結(jié)合，而其他液體又很難與之互溶或?qū)⑵淙〈?。外觀表現(xiàn)為這種表面極滑無(wú)比，稍有傾斜液體便會(huì)滑落。

   一滴血落在上面，效果果然拔群：

（注：同一個(gè)載玻片上分別有三種類型的表面以方便對(duì)比，上部為Aizenberg發(fā)明的SLIPS表面，中部為傳統(tǒng)Teflon材質(zhì)的超疏水表面，下部為普通玻璃表面?？梢钥闯鯯LIPS表面不受血液污染。）

   石油原油等高粘性液體，落在上面也是如此：

（注：該載玻片上的三種表面分布同上一動(dòng)圖）

   即使表面被劃傷，表面能驅(qū)使的毛細(xì)作用會(huì)使得氟潤(rùn)滑液迅速填滿被劃傷的縫隙，使得材料迅速自愈合，看起來(lái)完好如初：

（注：近側(cè)為SLIPS表面，遠(yuǎn)側(cè)為普通超疏水表面）

   在寒冷的條件下，即使表面的水珠結(jié)冰，冰珠也依舊會(huì)滑落。

為了表明這種材料完全達(dá)到了豬籠草一樣的性質(zhì)，研究者找來(lái)了一只螞蟻來(lái)證明：

除了“憎液”性，這種材料同樣排斥固體，表現(xiàn)為灰塵落在上面很容易被沖刷走：

此技術(shù)可以利用在多種場(chǎng)景里：如自清潔的窗戶、抗結(jié)冰的房頂、抗污染的船體涂層、抗沉積的生物器材等，應(yīng)用前景極其廣闊?；ぞ揞^BASF非?？春眠@項(xiàng)技術(shù)，他們給予SLIPS Technologies 300萬(wàn)美元的財(cái)政支持。二者也在積極合作，開(kāi)發(fā)具有SLIPS涂層的熱塑性聚氨酯材料。

   下面是SLIPS Technologies的官方宣傳視頻，感興趣的請(qǐng)戳：

   以上僅僅是眾多化學(xué)技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司的一些典型代表。雖然他們的技術(shù)足夠先進(jìn)，但誰(shuí)也不能保證他們會(huì)在商海的沉浮中永不沉沒(méi)。畢竟，絕大多數(shù)的初創(chuàng)公司都不一定能走到最后。不管怎樣，讓我們祝他們好運(yùn)！只有越來(lái)越多這樣的企業(yè)的出現(xiàn)，我們才有理由相信，化學(xué)，會(huì)讓我們的生活更美好！

參考資料：

Tumbleston, J. R.; Shirvanyants, D.; Ermoshkin, N.; Janusziewicz, R.; Johnson, A. R.; Kelly, D.; Chen, K.; Pinschmidt, R.; Rolland, J. P.; Ermoshkin, A.; Samulski, E. T.; DeSimone, J. M., Continuous liquid interface production of 3D objects. Science 2015, 347 (6228), 1349-1352.

Wong,T.S.;Kang,S.H.;Tang,S.K.Y.;Smythe,E.J.;Hatton, B. D.; Grinthal, A.; Aizenberg, J., Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity. Nature 2011, 477 (7365), 443-447.