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多孔活性炭在3D打印机应用

     研究人员对材料和金属3D打印的研究越来越深入,在最近发表的《3D打印材料多孔活性炭》中,达姆施塔特理工大学(Technische Universit_t Darmstadt)以创造一种机械稳定结构的新形式,尝试了SLA 3D打印机

 

             


     3D打印过程的示意图概述,从液态光敏树脂开始,然后通过立体光刻3D打印机,随后提取成孔剂来生成多孔聚合物开孔细胞结构(四方单元细胞),最后生成活性炭开孔细胞结构。该热处理包括空气中的稳定化、氮气中的热解和co2中的活化。

 

     通常以粉末的形式获得,碳可能是典型的黑色、活性或纳米材料。然而,通常情况下,这些类型粉末中的导电率水平较低,这会导致欧姆损失,并对比表面积更高的碳有用的应用产生更窄的功能性,例如:

     电气

     太阳能转换

     储能

     气体分离

     保管部

     废水处理

 

     科学家们预计,碳材料的缺点可以通过使用整体结构、泡沫和“规则的开放式细胞结构”来克服。另一方面,对于需要柔韧性的结构,也可以使用其他技术,如电子或激光熔化、二次激光熔接等。以前,笔迹直接书写显示出石墨烯的巨大潜力,但为了提高对多孔性问题的控制,研究人员努力在多个尺度上调整结构。

 

     在打印宏观结构时,研究人员执行了几个步骤,从控制零件的SLA 3D打印开始,同时添加液体成孔剂以引起相分离并形成模板。一旦提取出聚合物,通过氧固化使其稳定,然后进行热解的最后一步。

 

             

     b)染料浓度为0.8 mg ml−1且层厚为20μm的碳螺旋的扫描电镜图像;c)基于四面体单元的碳开孔细胞结构,以及染料浓度为0.4 mg ml−1且层高为100μm的3D打印,以支持1.7千克钢瓶的重量。

 

     研究人员说:“在最终的二氧化碳活化过程中,所产生的碳结构的微孔孔径可以增加。”

 

     当聚合物转化为碳时,初始形状仍应保持不变。研究小组指出,首先必须找到合适的单体。在本研究中,最初使用的三种不同单体不适用于“设想的合成策略”,然而,由丙烯酸酯基单体和芳香单体组成的共聚物产生了“协同效应”。

 

     在SLA 3D打印机中,光聚合过程发生了共聚反应,这是研究和生成过程的关键,代表了慢反应DVB集成的唯一途径。 研究人员还指出,在这项研究中,他们并没有寻求平行均聚,因为它会分离聚合物并在热解过程中产生负面影响。

 

     “这种新的、灵活的分级结构碳材料的方法,为各种应用中识别和应用优化的碳材料铺平了道路,”研究人员说。“连接结构可以利用的应用,例如用于更高的导电性或导热性。显然,电化学应用中的计算机优化电极是一个非常有前途的领域。”

 

     研究人员研究了用碳制造结构更复杂的方法,但从碳纳米管墨水到碳纤维复合材料,甚至形状记忆复合材料,他们也发现了许多其他用途。

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