3D打印分層多孔材料研究

文： 增材之光

分層多孔材料在自然界中普遍存在，并具有許多應(yīng)用，如催化載體、生物支架和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。3D打印允許以多種尺度上以晶格、多孔結(jié)構(gòu)和泡沫的形式制造多孔材料。然而，根據(jù)一組題為“將犧牲模板3D打印成分層多孔材料”的論文中的研究人員稱，“目前的方法”不允許快速制造具有孔隙尺寸的大體積多孔材料，因為從宏觀尺寸到納米尺度跨度太廣?！?br />

在這篇研究論文中，作者描述了他們?nèi)绾伍_發(fā)油墨配方、以實現(xiàn)在納米級、微米級和宏觀級別上顯示多孔性的分層材料的3D打印。

研究人員表示，“在這里，我們的3D打印油墨，由納米乳液和其他微模板組成，以生成形狀復(fù)雜的分層材料，其孔徑可控制在數(shù)百納米到毫米之間。通過選擇打印路徑和孔模板構(gòu)件的尺寸，可以容易地調(diào)節(jié)所得多孔材料的孔徑。亞微米孔由顆粒穩(wěn)定的納米乳液產(chǎn)生，而較大的液滴或犧牲聚合物顆粒用于產(chǎn)生尺寸范圍為10-100μm的孔。 最后，分層多孔材料的宏觀復(fù)雜形狀和大規(guī)模蜂窩結(jié)構(gòu)由3D打印過程決定?！?br />

研究人員通過兩步乳化過程形成穩(wěn)定的納米液滴。這些納米液滴足夠穩(wěn)定，可通過超速離心濃縮，形成致密的堵塞模板，根據(jù)油的揮發(fā)性，可在干燥或燒結(jié)時直接轉(zhuǎn)化為納米多孔結(jié)構(gòu)。

研究人員繼續(xù)說道，“由于納米顆粒在前體液滴表面形成致密層，因此通常在干燥和燒結(jié)后獲得封閉的納米孔。然而，如果乳狀液在加工過程中稍微不穩(wěn)定以產(chǎn)生僅部分被顆粒覆蓋的液滴表面，也會形成開孔。對于在這項工作中研究的乳狀液，我們發(fā)現(xiàn)通過用癸烷作為分散相代替玉米油可以實現(xiàn)這種輕微的不穩(wěn)定。在燒結(jié)后調(diào)整工藝以產(chǎn)生開孔或閉孔的能力使得能夠根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用所需的性質(zhì)定制多孔結(jié)構(gòu)?！?br />

由于納米和微孔是由油墨中的模板化液滴和顆粒的自組裝產(chǎn)生的，與材料的緩慢順序沉積相反，3D打印過程簡單且快速。因為它們在油墨制備期間易于聚結(jié)，所以模擬液滴需要通過顆粒穩(wěn)定，所述顆粒隨后將形成在干燥和固結(jié)時產(chǎn)生的孔壁。

研究人員得出結(jié)論，“用于促進(jìn)這種穩(wěn)定機(jī)制的表面活性劑的兩性離子性質(zhì)允許使用具有多種不同化學(xué)性質(zhì)的顆粒。此外，干燥的打印結(jié)構(gòu)可以化學(xué)固化或通過熱處理固化，這取決于油墨配方。結(jié)合3D打印的復(fù)雜成型功能，這些功能使該工藝具有高度可調(diào)性，并為各種應(yīng)用的分層多孔材料的設(shè)計和數(shù)字化制造開辟了新的可能性。”

來源： 增材之光