Vật lý gia Hà Lan phát triển phương pháp in 3D băng không cần làm lạnh

Các nhà vật lý thuộc Viện Vật lý, Đại học Amsterdam, đã công bố vào tháng 12 năm 2025 một phương pháp mới cho phép in ba chiều (3D) các mô hình hoàn toàn bằng băng mà không cần hệ thống làm lạnh bên ngoài, công nghệ đông lạnh sâu, hay đế giữ lạnh. Phương pháp này khai thác cơ chế vật lý của quá trình bay hơi tự nhiên diễn ra trong buồng chân không, như được mô tả chi tiết trong bản thảo arXiv bởi Menno Demmenie, Stefan Kooij và Daniel Bonn.

Kỹ thuật này minh họa trực quan các nguyên lý nhiệt động lực học cơ bản, bao gồm nhiệt ẩn và sự bay hơi làm mát. Trong một minh chứng về khái niệm, nhóm nghiên cứu đã in thành công mô hình cây thông Noel cao 8 centimet bằng băng chỉ trong khoảng 26 phút. Quá trình vận hành bằng cách đùn một dòng nước cực mảnh, với đường kính khoảng 16 micromet, tương đương sợi tóc người, trong môi trường chân không có áp suất cực thấp. Sự bay hơi nhanh chóng này hút nhiệt ẩn, khiến các phân tử nước còn lại nhanh chóng đạt đến trạng thái lỏng siêu lạnh, nhiệt độ giảm xuống dưới 0 °C mà vẫn duy trì trạng thái lỏng.

Khi dòng nước siêu lạnh này chạm vào đế hoặc lớp băng đã hình thành trước đó, nó đông cứng gần như ngay lập tức, cho phép xây dựng ổn định từng lớp để tạo ra các hình dạng phức tạp. Kỹ thuật này ngăn chặn hiện tượng bắn tóe hay nhòe mờ thường thấy trong các phương pháp in băng truyền thống, vốn thường đòi hỏi cơ sở hạ tầng đông lạnh chuyên dụng hoặc sử dụng nitơ lỏng hoặc heli. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh khả năng in các hình học phức tạp như hình nón, trụ thẳng đứng và cấu trúc zigzag đứng tự do, bao gồm cả các thanh nghiêng ở góc 48° so với phương ngang mà không cần vật liệu hỗ trợ.

Các nhà khoa học nhận định rằng phương pháp đơn giản và tiết kiệm chi phí này mở ra nhiều triển vọng ứng dụng thực tiễn. Trong lĩnh vực sinh học, cấu trúc băng tinh khiết có thể được sử dụng làm giàn giáo tạm thời cho kỹ thuật mô, sau đó được đúc bằng polyme và làm tan chảy để tạo ra các kênh dẫn chất lỏng rỗng cho các thiết bị vi lưu tùy chỉnh. Một ứng dụng tiềm năng khác là ngoài Trái Đất, vì áp suất thấp là điều kiện tự nhiên trên Sao Hỏa, nằm trong phạm vi hoạt động của kỹ thuật này. Điều này có thể cho phép in cấu trúc băng tại chỗ bằng cách sử dụng nguồn nước có sẵn trên hành tinh Đỏ, giảm thiểu gánh nặng hậu cần cho các sứ mệnh không gian trong tương lai.

Khi quá trình in hoàn tất, việc xả chân không sẽ làm tan băng trở lại thành nước sạch một cách có kiểm soát, không để lại bất kỳ chất cặn nào, điều tối quan trọng cho các ứng dụng yêu cầu độ tinh khiết cao. Sự ổn định cơ học của các cấu trúc băng mỏng đã được kiểm chứng khi chúng dao động đàn hồi mà không bị gãy khi buồng chân không bị rung lắc.