搜索热:谢续明 冲蚀
扫一扫 加微信
首页 > 新闻资讯 > 行业动态 > 消息正文
首页 > 新闻资讯 > 行业动态 > 消息正文
Nature:3D打印硅基气凝胶超绝热材料
发布:Iron_MAN10   时间:2020/9/11 16:09:36   阅读:160 
分享到新浪微博 分享到腾讯微博 分享到人人网 分享到 Google Reader 分享到百度搜藏分享到Twitter

硅基气凝胶是目前性能最好的固态超绝热材料。目前,它被大规模使用在工业管道、高铁、运输和建筑等领域的保温(或保冷),宇宙高速粒子捕获或工业催化中。瑞士联邦材料科学技术实验室Empa的研究人员成功地设计出一种气凝胶墨水及其相应的打印技术,使得气凝胶可进行微型化制造,从而进入到微电子和精密加工工程。最新一期的“Nature”杂志发表了相关的研究并在Nature Podcast上进行了专题报道,展示了如何采用二氧化硅气凝胶和二氧化硅复合材料高精度制造3D打印零件 。这为气凝胶在高科技行业,例如微电子,机器人技术,生物技术和传感器技术等领域的应用,打开了新的可能性。
 

为证明可采用3D打印制作精密的气凝胶结构,研究人员打印了硅气凝胶莲花。图片版权:Empa

文章于8月19日在著名的科学杂志《自然》(Nature)上发表,采用了简单的标题“二氧化硅气凝胶的增材制造”,但是背后隐藏着突破性的进展。二氧化硅气凝胶具有出色的隔热性。但是在实践中,它还因其结构的脆性而闻名,因此,通常将它们用纤维,有机或生物聚合物增强来进行大规模应用。并且,由于其极低的力学性能,这种材料不可能进行机械加工或减材制造。在小型模具中直接成型也不可靠,因为废品率太高,并且形状不能太复杂。这就是为什么气凝胶几乎不能用于小规模的应用。

稳定,结构良好的微结构

由赵善宇,吉尔伯托·西奎拉(Gilberto Siqueira)和威姆·马尔菲(Wim Malfait)领导的Empa团队成功地使用3D打印技术从二氧化硅气凝胶中制造出稳定,形状良好的微结构。印刷结构可以薄到几十微米,而热导率低于16 mW /(m K)仅为同等厚度聚苯乙烯的一半。同时,印刷二氧化硅气凝胶具有更好的机械性能,可以进行钻孔和研磨。这也为3D打印气凝胶模制品的后处理开辟了全新的可能性。

目前,此技术已申请专利,通过打印材料的优化,可以精确地调节二氧化硅油墨的流动性和固化性能,从而使自支撑结构和薄膜都可以被打印。为突出打印悬垂结构的能力,研究人员打印了莲花的叶子和花朵。由于二氧化硅气凝胶的疏水性和低密度,打印材料可以漂浮在水面上。
 

具有超憎水性的3D打印硅气凝胶莲花。图片版权:Empa

绝缘材料:微电子和医学设备

利用微结构材料,现在即使在紧密相邻的小型的电子元件中,也可以实现彼此隔热。研究人员演示了温度敏感组件的热屏蔽和局部“热点”的热管理。并且,未来可能的应用,可以屏蔽医疗植入物内部的热源,使得热源表面温度不超过37度以保护人体组织。
 

气凝胶打印微型屏蔽罩可以有效地屏蔽电子组件中的热量。热图像显示屏蔽主板上电压控制器的热量(左侧不带绝缘,中间带铝条散热,右侧带3D打印的定制气凝胶块)。图片版权:Empa

功能性气凝胶膜

3D打印使多层/多材料组合成为可能。研究人员使用打印的多层气凝胶膜构造了“热分子”泵(Knudsen泵)。这种渗透泵不带任何运动部件,以丹麦物理学家Martin Knudsen的名字命名,原理基于在纳米级孔或一维通道网络中的受限气体传输。该团队打印纯硅气凝胶层作为分子泵,顶层打印掺杂氧化锰纳米颗粒的气凝胶层。当气凝胶膜放在光源下,吸光面变热并开始泵送气体或蒸气。

靠阳光驱动的Knudsen泵不仅可以泵送,如果空气被污染物或环境毒素(如甲苯)污染,则空气可以循环通过膜数次,并且污染物可以被锰氧化物纳米颗粒催化分解。这种以太阳能为动力的自催化方案由于其简单和耐用性,在小规模的空气分析和净化领域特别有吸引力。

Empa研究人员现在正在寻找想要将3D打印气凝胶结构集成到新的高科技应用中的行业合作伙伴。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2594-0
Nature podcast: https://www.nature.com/articles/d41586-020-02448-5


来源:中国聚合物网
 
相关信息
   标题 相关频次
 《Nature》:实现“不可能”!3D打印微型二氧化硅气凝胶
 2
 3D打印陶瓷材料的成型及研究进展
 2
 点赞!这些年中国领跑世界的十大科技
 2
  拥有一个大白的梦想还有多遥远?
 1
  3D打印又上《Nature》:超细晶粒高强度钛合金3D打印材料
 1
  3D打印在人体器官应用中的重大突破
 1
  长沙高新区:3D打印高强铝合金粉末性能达国际先进水平
 1
  美国利用旋转3D打印制造高强度材料
 1
  陶瓷新应用——美国陆军研究3D打印陶瓷防弹衣
 1
 #高分子材料周报#果胶——特殊的天然气水合物抑制剂
 1
 #新能源周报#3D打印、石墨烯、新能源三者合体
 1
 ?FDM 3D打印形状记忆聚合物力学性能测试
 1
 ?盘点航空航天领域应用3D打印技术进行生产、修复的情况
 1
 “18项高分子材料重点发展领域” 未来十年之重任!
 1
 “3D打印”航天服出新成果
 1
 “3D打印材料及检测技术”专题报道征稿启事
 1
 “3D打印材料及检测技术”专题报道征稿启事
 1
 “4D打印技术” 材料可按编程变形/图
 1
 “不完美”的完美:Nature报道3D打印抗损伤结构化“超晶体”
 1
 “木头大王”胡良兵最新力作:木头与3D打印的完美结合
 1
 “塑料王”也能变身气凝胶
 1
 “太空冰箱”里的奥秘(砥砺奋进的5年·中国温度)
 1
 “太空制造”计划在太空中3D打印和装配航天器
 1
 “蚁人”不再是科幻!MIT最新研究,能把任何材料物体缩小1000倍 | Science
 1
 “真金不怕火炼”—杂化气凝胶具超强绝热性
 1
 《ACS AMI》:稻草妙用替代石墨烯制备气凝胶实现高效率海水淡化
 1
 《Acta Mater》这样能更好地3D打印出来等轴晶!
 1
 《AFM》1秒自修复!可伸缩!可3D打印的有机热电体!
 1
 《AFM》1秒自修复!可伸缩!可3D打印的有机热电体!
 1
 《Matter》:首次实现连续纤维增强热固性材料的3D打印
 1
 《MSEA》硅可以防止3D打印7075铝合金的微裂纹!
 1
 《Nature》:3D打印高性能钛铜合金,具有超细等轴晶粒
 1
 《NPE》新篇预告:基于3D打印的桨叶驱动流体并应用于微泵
 1
 《Science》揭示香港中文大学与LLNL 实验室高速纳米3D打印技术,速度快1000倍
 1
 《Soft Matter》:利用微尺度3D打印和矿物涂层技术助力功能性微流控研究
 1
 《先进功能材料》新型高分子气凝胶柔性摩擦纳米发电机
 1
 《自然》《科学》一周(10.19-10.25)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(11.30-12.06)材料科学前沿要闻
 1
 《自然·通讯》可再加工的热固性光敏3D打印材料
 1
 《最新3D打印产业综合报告白皮书》出炉!
 1
 【PI研究进展】3D打印聚酰亚胺材料
 1
 【解析】3D打印技术在传统陶瓷领域的应用进展
 1
 【科研】接近最大刚度的最坚固3D打印新板格结构是这个样子的……
 1
 10项可能改变未来医疗的创新科技:即时食品检测、3D打印器官
 1
 2015全球3D打印市场:看专业级设备笑傲江湖
 1
 2015上海3D打印智造高峰论坛演讲嘉宾预告
 1
 2016年度“增材制造(3D打印)与激光制造”重点专项
 1
 2016年最具潜力的20大新材料
 1
 2017年世界前沿科技发展态势及2018年展望——新材料篇
 1
 2019-10期 新材料产业技术进展月度动态报告
 1