据外媒报道,3D打印确实可以创造出复杂的物体,但如果想在所有这些打印物体的各个角落和缝隙上都涂上颜料--或某种功能性涂层可能并不是那么容易。不过现在,一项新的技术应该能让人们轻松做到这一点并且还能让由此造成的材料浪费最少。

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近日,来自新泽西州罗格斯大学的科学家们在副教授Jonathan P. Singer的带领下通过利用一种名为电喷雾沉积技术的现有方法进行了实验。

在此之前,这项技术已经被应用于一些领域,如在药物上涂满疫苗涂层或在太阳能电池上添加吸光层。然而,在罗格斯大学的这项新研究中它则被用于将聚合物薄膜应用到由多种材料制成的复杂3D打印物体中。

事实上,一个涂层甚至还能被涂抹到到一种类似于水凝胶的软体网格结构上。当该物体在吸收和释放水分过程中发生膨胀和收缩时涂层仍能保持完好。在所有的情况下,它只需要少量的液体来彻底覆盖每个物体。

研究人员目前正在开发一种可以添加到现有3D打印机上的配件,这将使得他们能够通过电喷雾沉积技术将涂层涂抹到物品上。另外,他们还在研制不仅看起来非常漂亮而且还能感知周围环境等功能的颜料。

由于该技术能高效地利用源液,所以它还可用于涂覆含有纳米颗粒或生物活性化合物等昂贵元素的涂料。

新型生物燃料:廉价还不伤机器

4月27日,据外媒报道,一项国际研究合作标志着生物丁醇的商业化生产迈出了重要一步,使生物丁醇作为汽油发动机燃料的替代品及为远离化石燃料铺平道路。丁醇,与汽油的关系比乙醇更密切,可以由石油合成,也可以由生物质制成。

丁醇还是一种高能量生物燃料,与传统燃料相比,每加仑可支持汽车多走10%的路程,与乙醇相比,可多走30%的路程。

这项发表在《美国化学学会期刊》(Journal of the American Chemical Society)研究揭示了生产生物丁醇的关键性突破,开发了一种新的金属有机框架(MOF),它能有效地将生物丁醇从生产燃料所需的发酵生物质的发酵液中分离出来。

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俄勒冈州州立大学的Kyriakos Stylianou说:“我们正在尝试使用新的金属有机框架来扩大分离方法的规模。如果它能很好地扩展,它可能是朝着不依赖化石燃料的方向发展的一个重要里程碑。”

这种新型的金属有机框架是由Stylianou及其来自瑞士、中国、英国和西班牙大学的同事共同完成的,基于铜离子和碳硼烷羧酸配体,称为mCB-MOF-1。MOF可以通过吸附从发酵液中提取丁醇,其效率高于蒸馏或任何其他现有方法。并且MOF在有机溶剂、热水、酸性和碱性水溶液中都是稳定的。

研究人员表示,生物燃料可以增强能源安全和供应,并且成为能源计划的重要组成部分,还有助于碳排放和应对气候危机。此外,生物丁醇比生物乙醇更好,包括与汽油一样的能量密度,并且与汽油充分混合。

微波辐照技术:将PET转变成电池阳极材料

利用微波的新型电池技术可能会为可再生能源转化与存储开辟新的途径。据外媒报道,美国普渡大学(Purdue University)的研究人员发明了一种技术,可以将废弃的聚对苯二甲酸乙二醇酯(一种回收最多的聚合物)变成电池的组成部分。

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图片来源:普渡大学

普渡大学化学工程系副教授Vilas Pol表示:“我们采用了一种超快微波辐照工艺,将PET(或聚对苯二甲酸乙二醇酯)片转变成对苯二酸酯二钠,并将其作为电池阳极材料。”

普渡大学研究小组既在锂离子电池,也在钠离子电池上尝试了其方法,并与印度理工学院和塔夫茨大学的研究人员合作。

Pol教授表示,虽然锂离子技术目前在便携式电子产品和电动汽车市场上占据主导地位,但是钠离子电池也因成本低、电化学性能极具吸引力,可应用于电网而备受关注。

Pol教授还表示:“由于微波技术具有反应过程快的优点,因而在有机反应中具有适用性,近年来也受到了关注。采用普通的家用微波装置,可以在120秒内将PET转变成对苯二酸酯二钠。”而且,普渡大学该技术所使用的材料成本低、具可持续性且可回收。

全固态锂硫电池:硫-碳纳米纤维复合材料

据外媒报道,日本丰桥技术科学大学的一组科学家采用一种低成本的简单液相法合成了一种活性含硫材料和碳纳米纤维(CNF)复合材料。研究人员采用液相法制成了硫-CNF复合材料,再制成了全固态锂硫电池,与锂离子二次电池相比,其放电容量更高、循环稳定性更好。因此,未来,此类固态锂硫电池将能够用于电动汽车等。

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去年获得诺贝尔化学奖的锂离子二次电池已被广泛应用于智能手机、电动汽车等领域。近年来,由于混合动力汽车和电动汽车的数量增加,全固态电池作为下一代电池也受到了关注。特别是全固态锂硫电池的能量密度是传统锂离子二次电池的5倍,因而其备受关注。不过,硫是一种绝缘体,因此限制了其应用于电池设备。为了解决该问题,硫必须配备能够传导离子和电子的路径。

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该研究小组就提出了一种将含硫活性材料与碳纳米纤维(CNF,由静电组装法制备而成)结合而成的阴极复合材料,此种碳纳米纤维能够在溶液中与其他材料均匀结合。采用硫-CNF复合材料和电化学稳定液相法合成的Li2S-P2S5-LiI固体电解质制备了全固态锂硫电池,该电池的放电容量与硫的理论容量相当,在多次充放电循环后仍保持较高容量。

研究人员解释了该电池的特点:“为了制出高性能的全固态锂硫电池,需要将适量的含硫活性材料与适量的碳材料相结合。一般而言,硫碳复合材料通过机械混合、特殊有机溶液液体混合以及复杂法(硫与具有高比表面积的多孔碳材料相结合)合成。不过,几乎没有报道说全固态锂硫电池的容量可以与硫的理论容量几乎相当,循环稳定性也高。所以,我们致力于采用一种低成本的简单静电吸附法,将纳米材料均匀地结合在一起,制成硫碳复合材料。研究也证实了采用静电吸附法合成的硫碳复合材料能够以片状形式在碳纳米纤维上积累,最终我们打造了全固态锂硫电池,而且发现硫作为一种活性材料得到充分地利用。另一个优点是,此种硫碳复合材料的生产成本比传统工艺制成成本低。”

静电吸附法利用聚合电解质调整颗粒物表面的电荷,使较大的母颗粒物与较小的颗粒物能够利用静电吸附在一起,从而引发静电作用。虽然之前有过利用静电吸附法设计各种陶瓷复合材料的报道,但是很难调节硫表面的电荷。不过,该研究小组利用化学反应,成功调整了电荷,在该化学反应中,硫化钠(Na2S)与硫(S)在离子交换水中反应,形成了水溶性Na2S3。所以,该研究应用静电吸附的基本原理,实现了一种新型化学工艺。

该方法能够制备硫碳复合材料,成本低且相对简单,适合用于大规模生产。采用含硫活性材料制成的全固态锂硫电池将得到实际应用,预计电动汽车、家用和商用大型电源电池的能量密度也将呈指数级增长。

碳纤维预浸料应用于超轻型飞机设计

德国飞机专家将选择HexPly M79碳纤维预浸料用于其F2飞机上的复合材料部件。

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具体来说,选择HexPly M79碳纤维预浸料,是因为据报道它们可通过确保恒定的材料质量和加工参数并以更具竞争力的总体成本生产出更轻,更坚固的飞机来提供更一致的最终产品。

一直非常依赖复合材料来制造飞机的超轻型飞机,当该公司开始寻求预浸料解决方案时,便寻求了长期复合材料合作伙伴创建了几个专门的新产品代码,然后提供了用于初始处理试验和原型制作的材料。HexPly M79高压釜解决方案低温固化首次用于新的F2原型中。作为材料供应包的一部分,还派遣了一个团队进行现场培训和技术支持,以使生产团队能够尽快掌握预浸料。

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M79预浸料可以在低至70°C的温度下固化八个小时或在80°C的温度下固化四个小时,从而降低了模具成本并提高了建造速度。与排气网格技术结合使用时,M79 UD碳带也可以通过减少减薄步骤进行层压,从而无论层压板的厚度如何,其空隙含量均小于1%。凭借始终如一的低空隙率和改善的机械性能,设计人员和工程师能够进一步优化高负荷的复合材料航空结构。

根据说法,更多复合材料飞机部件正在转移到预浸料技术中。据报道,改用M79可以使铺层更清洁,更精确,其低温烘箱固化快速且节能,并且其制造过程始终如一地输出高质量的层压板和组件。

来源:cnBeta.COM、快科技、盖世汽车、复材模压网、CompositesWorld