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普渡大学研究人员用定制喷墨打印机3D打印能源材料

导读: 近日,普渡大学的研究人员开发出了一种使用喷墨打印技术打印高能材料的方法。该项目使材料能够以前所未有的精度和安全性进行沉积。

近日,普渡大学的研究人员开发出了一种使用喷墨打印技术打印高能材料的方法。该项目使材料能够以前所未有的精度和安全性进行沉积。

普渡大学研究人员用定制喷墨打印机3D打印能源材料

能量材料包括爆炸物和烟火。但与你想象不同的是,它们不仅仅是用来制作烟花等物品。

几个功能微机械系统使用高能材料来执行他们的基本任务。例如,汽车中的安全气囊系统使用少量固体推进剂(一种高能材料)以快速释放安全气囊。而器件越小,对微观能量学的需求就越重要。

普渡大学的研究人员已经开发出一种使用喷墨式3D打印技术的新型高能材料系统。这是精确的、安全的,并结合了大学具有丰富专业知识的两个研究领域:增材制造和能源材料。

普渡大学研究人员用定制喷墨打印机3D打印能源材料

普渡大学研究人员用定制喷墨打印机3D打印能源材料

“能源材料是一个相当了解的领域,增材制造也是如此,”为该项目建立了一个定制的喷墨3D打印机机械工程博士Allison Murray说。“这个项目的独特之处在于这两个领域的交叉点,并且能够以这种精度安全地沉积高能材料。”

新开发的3D打印机通过以重叠的方式沉积燃料和氧化剂,将它们结合在基底上以形成纳米级的,具有小粒度的亚稳态分子间复合物。

Murray说:“配置液滴的体积和形态是一个‘挑战’,实际上要开发一种能够沉积这些液滴的机器。然而,压电式喷墨3D打印机完全按照其设计的那样工作,能够在移动其打印台的同时保持喷嘴静止,或者在下面‘阶段’形成期望的形状。”

Murray表示:“打印台可以以0.1微米的精度移动,这基本上是人类头发宽度的千分之一。”

普渡大学研究人员用定制喷墨打印机3D打印能源材料

打印的nanothermite作为传统的方式应用快速和有力的反应,以2500开尔文燃烧,同时产生大量的推力和热量...并发出巨大的冲击波。

使用高速相机和扫描透射电子显微镜设备,研究人员能够观察到打印的纳米微粒如何与不同数量的层发生反应。

普渡大学的科学家们表示,他们的工作证明了反应式喷墨打印作为从两种基本惰性的悬浮液中沉积高能材料的方法的可行性。他们说,这为“更安全的材料处理和开发各种先前被认为与喷墨打印不兼容的高能材料”打开了大门。

据悉,该研究结果已于最近发表在“应用物理学”杂志上,标题为“Two-component additive manufacturing of nanothermite structures via reactive inkjet printing”。作者包括Murray、Tugba Isik、Volkan Ortalan、I. Emre Gunduz、Steven F. Son、George T.-C. Chiu和Jeffrey F. Rhoads。

Rhoads表示:“普渡大学的特色是来自不同背景的教授可以共同完成这样的项目。我们可以把我们所有的经验结合起来,就以前不可能实现的技术进行合作。”

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