近日，瑞士联邦材料科学与技术研究所以及瑞士苏黎世联邦理工大学的科研人员对气凝胶团队的最新研究成果“General Suspended Printing Strategy toward Programmatically Spatial Kevlar Aerogels”（ACS nano, 2022, 16, 4905-4916）进行了专题介绍，相关内容以“Universal strategy for rapid 3D printing of aerogels”为题发表于Cell杂志社旗下的《Matter》上。
     文章首先介绍了气凝胶的发展历程和重大应用需求，并指出由于其强度差和生产成本高，使得气凝胶的制备过程仍存在许多瓶颈。一个有效的解决策略是采用3D打印技术直接定制气凝胶材料的形状和功能，以满足终端客户的需求。另外，气凝胶包含各种各样的材料体系，且每种前驱体溶胶都具有不同的物理化学性质（流变学、蒸汽压、溶胶-凝胶转变过程等），而目前已报道的3D打印气凝胶的成功案例并不意味着气凝胶打印中所有的主要挑战都已经解决。因此，一种适用于所有前驱体溶胶，并且对墨水流变性没有严格要求的通用打印策略将有望真正推动气凝胶增材制造领域的发展。
      随后，文章对气凝胶团队开发的通用微凝胶悬浮3D打印(MSP)策略进行了详细介绍。该方法是一种空间或全方位打印技术。以凯夫拉纳米纤维(KNF)气凝胶打印作为概念演示验证。由于该MSP策略是直接将前驱体溶胶打印在微凝胶浴中且微凝胶基质的流变性质可调，因此无需严格控制墨水的流变性质。在打印过程中，当喷嘴在微凝胶基质中移动时，喷嘴对微凝胶施加了很高的剪切应力，此时微凝胶可作为一种低粘度的流体在喷嘴周围流动。一旦喷嘴通过，剪切应力减小，微凝胶基质又恢复为固体来支撑打印的结构。此外，该技术适用于其他气凝胶体系，包括纤维素、海藻酸盐、壳聚糖、氧化石墨烯、MXene、二氧化硅及其杂化物。该文指出，气凝胶的MSP打印确实是一个有前途的、几乎通用的技术。

                                            图1 一种由Cheng等人开发的通用微凝胶悬浮3D打印 (MSP)策略。
                                                (A) KNF油墨的MSP原理图。
                                                (B) KNF结构的实际打印过程。
                                                (C) 在恒定1Hz频率下，不同浓度微凝胶的应力扫描曲线。
                                                (D) 微凝胶基质的固化-液化行为。
                                                (E) 高低频转换的周期性振荡剪切扫描曲线。
                                                (F) 相邻KNF线条在微凝胶基质中的质子化交联机理。
                                                (G) KNF章鱼的模型和打印结构。
                                                (H-J) 其他有机、无机及其杂化前驱体墨水的MSP打印参数。

      最后，文章对气凝胶MSP技术的未来发展提出了一些建议和展望：(1)由于基质中存在墨水凝胶因子，打印过程必须是连续的，而许多高度复杂结构的打印过程往往存在多个“走走停停”模式，因此目前该MSP技术还不够灵活；(2)打印精度仍有一定的局限性，未来可以通过改变微凝胶的性质来提高打印分辨率；(3)传统直写成型3D打印技术很容易实现多喷头同时打印多组分墨水，但对于MSP策略，由于微凝胶基质和墨水凝胶因子对墨水成型性至关重要，因此找到兼容的微凝胶基质和墨水凝胶因子并非易事，从而使得多墨水打印也具有挑战性。

相关论文链接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00720
https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.05.015