3D打印技术打破了人类制造和需求之间的时间和空间，甚至被认为是“第三次工业”的标志。近日，利用可再生棒状纳米材料纤维素纳米晶（cellulose nanocrystals，CNC）构筑了一种全新的体系，提出了全液态3D打印的概念，未来具有广泛的应用前景，相关科研发表在最新一期的国际顶尖期刊
结构化液体（structured liquid），可以实现一种液体在相邻异相液体中任意塑形，保持稳定的空间和形状，同时保持两种液相固有性质。举例来讲，水滴在油相中由于界面张力的作用会自动收缩为球形，但利用纳米颗粒表面活性剂可有效这一趋势，并实现对非稳态的控制。在这篇论文中，作者设计了一种水油体系，油相中溶解氨基封端聚苯乙烯，水相中分散着表面富含硫酸酯基的棒状纤维素纳米晶，通过调节水相pH值，增强硫酸酯基和氨基在水油界面的静电吸引力，纤维素纳米晶和氨基聚苯乙烯向界面富集，在液液界面处自组装形成给-受体作用对，即纤维素纳米晶表面活性剂(CNC-suctants)，界面覆盖率达到一定程度还可以形成一层坚韧的纳米薄膜。纤维素纳米晶表面活性剂可以稳定存在于界面，当水油界面缩小时，纤维素纳米晶互相之间受到挤压，有脱离界面的趋势，但静电吸引力能将其在界面从而稳定水油界面形状，使得水相在油相中能保持一定的不稳定态形貌。Plateau-Rayleigh （PR）不稳定流体为液柱在界面张力作用下破碎成小液滴的自然现象，利用纤维素纳米晶表面活性剂在界面处的快速组装，可有效降低界面张力，从而稳定住柱状非平衡态，从而为实现全液态3D打印奠定了基础。
水相pH值对界面处纤维素纳米晶表面活性剂的形成速率具有决定性作用，酸性条件下，氨基质子化形成胺根正离子，与硫酸酯基负离子在界面处作用，可有效降低界面张力，从而水柱的PR不稳定性，水柱由此不会发生断裂破碎成小液滴，如图一所示。
纤维素纳米晶表面活性剂在界面处的形成速度非常快。pH为3的条件下，只需10s时间，纤维素纳米晶表面活性剂的覆盖率即可达到100%，如图二所示。
▲ 图三 （a）pH值对液柱长度影响，（b）（c）4 ms每帧的拍摄速率液柱在不同条件发生断裂的过程
这项工作利用廉价可再生的纤维素纳米晶作为构筑材料，并有希望在未来应用于液态电，两相化学反应器制备等领域。
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