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三维打印层状多孔材料的研究

   层状多孔材料在自然界中无处不在,有许多应用,如催化载体、生物支架和轻质结构。。3D打印允许多孔材料以晶格、多孔结构和各种规模的泡沫的形式制造。然而,根据一组名为“将牺牲模板3D打印到层多孔材料”的论文中的研究人员,“当前的方法”不允许快速制造具有孔径的大体积多孔材料,因为从宏观尺寸到纳米尺寸的跨度太大。“

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   在这篇研究论文中,作者描述了他们如何开发油墨配方来实现层状材料的3D打印,这些材料在纳米级、微米级和宏观级显示出孔隙率。

   研究人员说,“在这里,我们的3D打印墨水由纳米乳液和其他微模板组成,生成复杂形状的层状材料,其孔径可以控制在数百纳米到毫米之间。”。通过选择印刷路径和孔模板构件的尺寸,可以容易地调节所得多孔材料的孔径。亚微米孔由颗粒稳定的纳米乳液产生,而较大的液滴或牺牲聚合物颗粒用于产生10 - 100微米的尺寸。米孔。 最后,通过3D打印工艺确定层状多孔材料的宏观复杂形状和大规模蜂窝结构。“


   研究人员通过两步乳化过程形成稳定的纳米液滴。这些纳米液滴足够稳定,可以通过超速离心浓缩形成致密的堵塞模板,根据油的挥发性,在干燥或烧结过程中可以直接转化成纳米多孔结构。研究人员继续说道,“因为纳米颗粒在前驱液滴表面形成致密层,干燥和烧结后通常会得到封闭的纳米孔。”。然而,如果乳液在加工过程中稍微不稳定,以产生仅部分被颗粒覆盖的液滴表面,也可能形成开口。对于本工作中研究的乳液,我们发现这种轻微的不稳定性可以通过用癸烷代替玉米油作为分散相来实现。烧结后调整工艺以产生开放或封闭孔隙的能力使得多孔结构能够根据目标应用所需的特性进行定制。“


   由于纳米和微孔是由油墨中模板化液滴和颗粒的自组装产生的,因此3D打印过程简单快速,而不是材料的缓慢顺序沉积。因为它们在油墨制备过程中趋于聚结,所以模拟液滴需要被颗粒稳定,然后这些颗粒将形成干燥和固结时产生的孔壁。

   研究人员得出结论,“用于促进这种稳定机制的表面活性剂的两性离子性质允许使用具有各种不同化学性质的颗粒。”。此外,干燥的印刷结构可以化学固化或通过热处理固化,这取决于油墨配方。结合3D打印的复杂成形功能,这些功能使得该过程高度可调,并为各种应用的层状多孔材料的设计和数字化制造开辟了新的可能性。"

(编者:叶岩)

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