Ученые напечатали композит с жидким металлом, который проводит тепло в 40 раз лучше силикона

Аспирант Политехнического университета Виргинии (Virginia Tech) Хью Греннан показал, как его лаборатория печатает мягкий композит с жидким металлом.

Материал способен направлять тепло по заданной траектории и формировать электрические дорожки, которые восстанавливаются после повреждений. Демонстрация прошла в ролике "3D Printing LIQUID METAL!" на YouTube-канале 3D Printing Nerd.

В видео Греннан отлил пластину из композита и продавил в ней линию, после чего загорелся светодиод. Затем он разрезал эту линию лезвием и показал, что ток все еще проходит. В финале тот же материал напечатали на шприцевом 3D-принтере, но уже для отвода тепла, а не для передачи электричества.

Основу композита составляет эвтектический сплав галлия и индия (EGaIn). По словам Греннана, это "примерно три части галлия и одна часть индия", и после смешивания сплав остается "жидким при комнатной температуре". Эвтектикой называют смесь, которая плавится при более низкой температуре, чем каждый ее компонент по отдельности.

Металл замешивают в неотвержденный силикон полидиметилсилоксан (PDMS), и в процессе он распадается на отдельные капли. Каждая капля покрывается тонкой оболочкой из оксида галлия. Примерно час в печи превращает силикон из геля в твердое тело, однако капли внутри остаются жидкими.

По словам Греннана, диаметр капель составляет "порядка 10–100 микрон". На сайте лаборатории указано, что капли придают композиту "мягкую эластичность" и "исключительную прочность", а также обеспечивают "автономно самовосстанавливающиеся электрические цепи".

Съемки проходили в VT MADE, "новом центре передового производства" университета. В центр входит несколько лабораторий, включая Лабораторию мягких материалов и структур (Soft Materials and Structures Lab), где работает Греннан.

Для печати используется шприцевой принтер, собранный так, чтобы композит можно было загружать и выдавливать прямо из шприца. Форму капель задает параметр, который определяет соотношение скорости выхода материала из сопла и скорости перемещения рабочего стола. При правильной настройке круглые капли вытягиваются в длинные и тонкие нити.

Вытянутые капли позволяют теплу распространяться вдоль длинной оси каждой из них, "от источника тепла к радиатору", пояснил Греннан. В числе возможных применений он назвал радиаторы нестандартной формы и растягивающиеся носимые девайсы.

Статья 2025 года в журнале Advanced Functional Materials, соавтором которой выступил руководитель лаборатории, доцент кафедры машиностроения Майкл Бартлетт, приводит конкретные цифры. Теплопроводность напечатанного композита вдоль направления вытянутых капель достигает 9,9 Вт/(м·К). Это примерно в 40 раз больше, чем у силикона без наполнителя.

В отдельной работе 2024 года, опубликованной в журнале Additive Manufacturing, исследователи отмечают, что оксидная оболочка "играет уникальную и критически важную роль в перестройке формы капель и ее сохранении". Именно оксидная пленка удерживает капли в вытянутом состоянии после печати.

Для электрической демонстрации Греннан продавил в литой пластине линию с помощью индентора. Давление заставило капли слиться в непрерывную токопроводящую дорожку, и небольшой светодиод загорелся. Под микроскопом дорожка выглядела как сплошная линия, в которой металл выдавило на поверхность.

Затем Греннан перерезал дорожку лезвием и снова надавил рядом с разрезом. Светодиод загорелся вновь, хотя и слабо.

На вопрос, растет ли сопротивление после разреза, Греннан ответил "не обязательно". По его словам, разрез или прокол просто "перестраивает все эти пути, и жидкий металл течет" по ним. Изначально капли изолированы друг от друга силиконом и собственными оксидными оболочками, а токопроводящий путь образуется там, где металл слился воедино и способен обтекать повреждение.

Ролик демонстрирует исследования, которые лаборатория ведет уже несколько лет. Греннан так описал место технологии среди других решений.

Это действительно здорово, когда такое у тебя есть просто как еще один инструмент в арсенале.

Жидкий металл уже применяется в компьютерном железе в качестве термоинтерфейса. Например, в видеокарте Nvidia GeForce RTX 5090 Founders Edition вместо термопасты используется сплав на основе галлия.

В iFixit похвалили Steam Frame за хорошую ремонтопригодность, но система охлаждения оказалась недружелюбной

Мини-ПК в корпусе из 24-каратного золота стоит 1,7 млн долларов и весит 13 кг

Рынок носимых девайсов, на который указал Греннан, тоже продолжает расти. По данным аналитической компании IDC, в первом квартале 2026 года мировые поставки составили 145,7 млн единиц, что на 4,3% больше, чем годом ранее.

Самая свежая из опубликованных работ лаборатории посвящена растягивающемуся материалу из жидкого металла и полимера для 3D-печати деталей, которые проводят ток без дополнительной обработки. Среди областей применения исследователи называют:

• направленное охлаждение электромобилей, роботов и электроники

• улучшенные теплораспределители

• гибкие провода для девайсов

• практические доработки носимой электроники

Главный вопрос сейчас в массовости производства.