纳米多孔金的分层3D打印,彻底改变化学反应器设计

近日,劳伦斯利福摩尔国家实验室(LLNL)携手哈佛大学报告了纳米多孔金的分层3D打印,将3D打印与合金化和脱合金工艺相结合,把纳米多孔金设计成微架构的层次结构,认为这将可能彻底改变化学反应器的设计。 纳米多孔金属结合了好几种材料的优良特性,是电化学反应器、传感器和执行器等应用的理想选择。

“传统工艺不仅耗时耗材,对于一些复杂的结构也是爱莫能助,”LLNL相关研究人员表示。“而利用3D打印工艺,我们可以加工特定的大孔结构,设计分层结构,设置快速运输的通道,充分利用纳米多孔材料的表面积。这种方法也有助于节省材料,特别是贵金属。” 研究人员将挤出式直接墨水写入3D打印与合金化和脱合金工艺相结合,制成三种不同的纳米多孔金,规格从微米到纳米不等。据介绍,分层结构显著改善了每种液体和气体的质量传递和电荷反应。3D打印能够控制催化剂的表面积,产生电化学反应。这一发展可能对电化学厂产生重大的影响,目前,电化学厂的能源主要是热能。

“我们通过控制三维多孔材料各种规格的形态和表面积,来控制这些材料的传质特性,”LLNL研究员埃里克·多斯表示。“反应物和产品的转移是根据具体不同的反应,通过层级结构来处理的,就像交通系统一样,从七车道高速公路到小巷,各式各样的路都能走,只不过交通工具不是车辆,而是分子。” 当然了,要加工成品也需要经过几个步骤。金银微粒制成的3D打印挤出材料是由LLNL研发的。将3D打印部件放入炉中,使颗粒聚结成金银合金,然后经过化学浴脱合金去银,形成多孔金。

“最后一部分是三维分层金结构,包括宏观打印的孔隙和由于脱合金作用而形成的纳米级孔隙,”相关人员表示。“这种分层的3D架构允许我们以数字的方式控制大孔的形态,实现快速传输。” 研究人员表示,其他合金材料也可以使用这种方法进行打印,如镁、镍和铜,为电池、超级电容器等复杂3D打印金属部件的应用,创造了新的可能。

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