納米多孔金的分層3D打印可以徹底改變化學反應器的設計

據(jù)南極熊了解，勞倫斯利弗莫爾全國實驗室(LLNL)的研究人員與他們在哈佛大學的同行一起報告了納米多孔金的分層3D打印，他們認為這可能會徹底改變化學反應器的設計。納米多孔金屬引起了科學家們很大的興趣，因為它們結合了幾種理想的材料特性，例如高表面積，機械尺寸效應和高導電性。這使它們成為電化學反應器，傳感器和執(zhí)行器等應用的理想選擇。

“如果你考慮傳統(tǒng)的加工工藝，耗費時間并浪費大量材料，同時你還沒有能力創(chuàng)造復雜的結構�！盠LNL博士后研究員Zhen Qi說道，他是該論文的共同作者。 “通過使用3D打印，我們可以實現(xiàn)具有特定應用流動模式的大孔結構。通過創(chuàng)建分層結構，我們提供快速質量傳輸?shù)耐緩剑�以充分利用納米多孔材料的大表面積。它也是一種節(jié)省材料的方法，特別是貴金屬�！�

研究人員將基于擠出的直接油墨寫入3D打印工藝與合金化和脫合金工藝相結合，將納米多孔金制成三種不同的尺度，從微觀尺度到納米尺度。根據(jù)研究人員的說法，分層結構“顯著改善了每種液體和氣體的質量傳遞和響應電荷�！毖芯咳藛T說，通過3D打印能夠控制催化劑的表面積以產(chǎn)生電化學反應，這一發(fā)展可能對電化學產(chǎn)生重大影響。

“通過控制三維多孔材料的多尺度形態(tài)和表面積，您可以開始操縱這些材料的傳質特性�！盠LNL研究員Eric Duoss說， “通過層級結構，您可以處理反應物和產(chǎn)品轉移以進行不同反應的通道�！皩崿F(xiàn)成品需要幾個步驟。 LLNL研究員Cheng Zhu和前博士后Wen Chen創(chuàng)造了由金銀微粒制成的墨水，然后進行3D打印。將3D打印部件放入爐中以使顆粒聚結成金、 銀合金。然后他們將這些部件放入化學浴中，在一個稱為“脫合金”的過程中除去銀，在每個梁或細絲內形成多孔金�！白詈笠徊糠质侨�維分層金結構，包括宏觀印刷的孔隙和由于脫合金作用而形成的納米級孔隙。”現(xiàn)任馬薩諸塞大學阿默斯特分校教授Chen說。 “這種分層的3D架構允許我們以數(shù)字方式控制大孔的形態(tài)，這使我們能夠實現(xiàn)所需的快速質量傳輸行為。”

研究人員表示，該方法可以很容易地應用于其他合金材料，如鎂，鎳和銅，為催化，電池，超級電容器甚至二氧化碳還原等領域應用復雜的3D打印金屬部件提供了新的可能性。

專注于印刷和后處理零件的Chen表示，該工藝的關鍵是開發(fā)具有良好流動性能的油墨，使其能夠在壓力下形成連續(xù)長絲，并在離開打印機的微噴嘴時凝固以保持其絲狀形狀。LLNL研究員Juergen Biener表示，催化的挑戰(zhàn)在于將高表面積與快速傳質相結合。雖然增材制造是創(chuàng)建復雜宏觀結構的理想工具，但直接引入提供所需高表面積的納米結構仍然非常困難，“Biener說�！蔽覀兺ㄟ^開發(fā)基于金屬油墨的方法克服了這一挑戰(zhàn)，通過稱為脫合金的選擇性腐蝕過程引入納米孔隙�！�

他們的研究論文題為《走向數(shù)控催化劑結構：通過3D打印的分層納米多孔金》發(fā)表在Science Advances雜志上。

來源：中國3D打印網(wǎng)