3d打印机和手机有哪些相似之处 简单的3D打印设备可能可以为更强大的手机和Wi-Fi铺平道路

下一代的手机和无线设备将需要新的天线来接入越来越高的频率范围。制造在几十千兆赫（5G和更高设备所需的频率）下工作的天线的一种方法是编织直径约为1微米的丝线。然而，今天的工业制造技术无法在这么小的纤维上完成。

现在，来自哈佛大学约翰-A-保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的一个工程师和科学家团队已经开发出一种简单的机器，利用水的表面张力来抓住和操纵微观物体。这一非凡的创新为纳米制造提供了一个潜在的强大工具。

这项研究于10月26日发表在《自然》杂志上。

"我们的工作为制造微观结构和可能的纳米结构材料提供了一种潜在的廉价方法，"瓦格纳家族化学工程教授和东南大学物理学教授、该论文的资深作者Vinothan Manoharan说。"与其他微操纵方法不同，如激光镊子，我们的机器可以很容易制造。我们使用一缸水和一台3D打印机，就像许多公共图书馆里的打印机一样。"

该机器是一个3D打印的塑料矩形，大约有一个旧的任天堂游戏卡匣大小。该设备的内部刻有相交的通道。每个通道都有宽窄不同的部分，类似于一条河流，在某些部分扩张，在其他部分变窄。通道壁是亲水的，意味着它们会主动吸引水。

通过一系列模拟和实验，科学家们发现，当他们将设备浸入水中并将一个毫米大小的塑料浮子放在通道中时，水的表面张力导致通道壁排斥浮子。如果浮子在通道的一个狭窄部分，它就会移动到一个宽阔的部分，在那里它可以尽可能地远离墙壁漂浮。

一旦进入渠道的宽阔部分，浮子就会被困在中心，被墙壁和浮子之间的排斥力固定在那里。当设备被抬出水面时，随着航道形状的改变，排斥力也随之改变。如果浮子一开始是在一个宽阔的通道中，那么随着水位的下降，它可能会发现自己处于一个狭窄的通道中，需要向左或向右移动，以找到一个更宽的地方。

"当我们发现我们可以通过改变诱捕通道的横截面来移动物体时，"SEAS的助理和该论文的第一作者之一法博格说。

接下来，研究人员将微小的纤维附着在浮子上。随着水位的变化，浮子在通道内向左或向右移动，纤维互相缠绕。

玛雅-法博格表示："当在我们的第一次尝试中--我们只用一块塑料、一个水箱和一个可以上下移动的台面交叉了两根纤维，这是一个让人大呼过瘾的时刻。"

该团队随后增加了第三个带有纤维的浮子，并设计了一系列的通道，以编织模式移动浮子。他们成功地将合成材料Kevlar的微米级纤维编织起来。该辫子就像传统的三股发辫，只是每根纤维比一根人类头发小10倍。

接下来，调查人员证明了浮子本身可以是微观的。他们建造了可以捕获和移动10微米大小的胶体粒子的机器--尽管这些机器比它大一千倍。

"我们不确定它是否会工作，但我们的计算表明它是可能的，"东南大学的博士生和该论文的共同作者Ahmed Sherif说。"所以我们尝试了一下，它成功了。表面张力的神奇之处在于，它产生的力足够温和，可以抓住微小的物体，甚至可以用一台大到可以放在你手中的机器。"

接下来，该团队的目标是设计能够同时操纵许多纤维的设备，目的是制造高频导体。他们还计划设计其他用于微制造的机器，例如用微球建造光学设备的材料。