Лоуренс Ливерморская национальная лаборатория (LLNL)известна своей работой с материалами, особенно связанными с 3D-печатью. Независимо от того, или это наномасштабная 3D-печать или 3D-печать стекла, организация постоянно делает новые открытия.
Работа ученых
В своем последнем исследовании «На пути к цифровым каталитическим архитектурам: иерархическое нанопористое золото посредством 3D-печати» исследователи LLNL вместе с учеными из Гарварда обсуждают иерархическую печать нанопористых золотых структур. Ученые уверенны, что данная работа окажет огромное влияние на проектирование химреакторов.
Нанопористые металлы – это сильные катализаторы, ведь они могут похвастаться высокими показателями электропроводности и значительной площадью поверхности. Поэтому они идеально подходят для производства приводов, датчиков и электрохимических реакторов.
Классическая обработка очень материалозатратная и трудоемкая. В таких условиях невозможно создание сложных структур. Использование же 3D-печати помогает в производстве макропористых структур, потоковые шаблоны которых будут отвечать требованиям того или иного приложения. Разработка иерархических структур сопряжена с быстрым массопереносом для максимального использования всей площади поверхности материалов нанопористого типа.
Исследователи объединили прямую подачу чернил с легированием и дезоллированием для разработки нанопористого золота в трех различных масштабах (включая наномасштаб и микромасштаб). По мнению команды, иерархическая структура «значительно улучшает скорость реакции как для жидкости, так и для газов». Манипуляции с поверхностями катализаторов с помощью 3D-печати для генерации реакций электрохимического типа могут повлиять на электрохимические агрегаты.
Перспективы применения
В иерархических структурах имеются специальные каналы, отвечающие за транспортировку различных реагентов. Они напоминают транспортные узлы, где семиполосные скоростные трассы перетекают в несколько дорожек с переулками. Только в данном случае по «дорогам» перемещаются не транспортные средства, а молекулы.
Исследователь LLNL Чэн Чжу и Вэнь Чен сделали чернила из наночастиц золота и серебра, которые затем были 3D напечатаны. Печатные части были помещены в печь, чтобы объединить частицы в единый золото-серебряный сплав. Затем полученный сплав опустили химическую ванну для удаления серебра. В итоге оставалось пористое золото.
По словам Чжу и Чена, этот метод также можно применять к другим металлам, таким как магний, никель и медь, открывая приложения для трехмерной печати в таких областях, как производство батарей, суперконденсаторов.
Проект является частью технико-экономического обоснования предлагаемой стратегической инициативы по созданию 3D-электрохимических реакторов, в которых ученые могли бы более эффективно контролировать катализаторы. Вместо крупных электрохимических установок, которые расположены вблизи нефтеперерабатывающих заводов или в отдаленных районах, можно будет делать модульные реакторные сети. Они легко заменимы и без труда транспортируются в места, расположенные вблизи источников обильной возобновляемой энергии.