通过Chinmay沙里河2022年11月10日审核Susha Cheriyedath moran的。
在《华尔街日报》最近发表的一篇论文先进材料技术亚博网站下载,研究人员建立了一个基于挤压3 d印刷方法生产铁和钢基结构与极高的孔隙度三个层级的分布。
研究:3 d打印技术的分级多孔钢和铁基材料亚博网站下载。图片来源:asharkyu / Shutterstock.com
背景
多孔金属中找到它们的使用过滤器,电池组件和过滤器和最近评估催化,轻型结构,组织再生和热管理。控制结构的孔隙尺寸和孔隙度使裁剪多孔金属的特点适合特定应用程序的需求。
粉床融合,直接墨水写(DIW)和电子束熔炼方法,3 d打印技术用于创建细胞和多孔金属。DIW尤其有吸引力,因为它允许印刷复杂结构在室温下利用低成本和可存取的桌面打印机。DIW的潜力与可定制的方法制造金属分层孔隙结构尚未完全实现。此外,使用乳化油墨和构建分层多孔金属泡沫是一个吸引人的方法还有待探索。
铁基分级多孔结构的制造过程的示意图。模拟)闭孔的直接墨水写(a), particle-stabilized湿泡沫(b)由起泡暂停磁铁矿microrods (c)携带短链两亲性分子(d)。e)像印制的结构是减少和烧结管式炉下H f)常数2气体流量g)铁基开放的多孔结构。图片来源:木匠,j . et al .,先进的材料技术亚博网站下载
关于这项研究
在目前的研究中,研究小组开发和研究DIW的方法制备分级多孔的铁和钢基体金属用人particle-stabilized泡沫充当自我组装的油墨。球磨用于水溶液中含有己胺同质化,40 - 50 wt %金属氧化物粉末。电搅拌器用于泡沫泥浆。合成泡沫体积印刷。
此外,减少样本进行石英管炉。H吃标本的1000、650、或650°C引起的氧化像印制的磁铁矿泡沫成各种氧化阶段。Hydrophobic-fumed在己烷悬架用于浸涂硅样品hydrophobize分级多孔结构,其次是干燥。扫描电子显微镜是用来捕捉高分辨率照片之前和之后减少泡沫。粉末衍射仪是用来获取x射线衍射模式。
此外,通用机械测试设备被用来确定弹性模量和抗压强度。app亚博体育hydrophobized多孔铁结构吸收油的能力被暴露水漂浮样本测试己烷作为吸收剂。通过压缩之间的标本铜带后跟的应用从实验室使用电源电流,电阻加热部分氧化多孔铁结构的性能进行了测试。
3 d打印技术和减少泡沫生成铁基分级多孔结构。一)轴应变振荡流变学进行量化的粘弹性性质湿泡沫与最佳浓度的表面修饰符(3µL g−1)和氧化铁颗粒(50 wt %)。yabo214b)直接墨水写的稳定泡沫使用桌面extrusion-based打印机配备一个注射器和喷嘴尺寸0.84 mm. c)光学和d, e)的扫描电镜图像印刷干燥后稳定的泡沫。f)的典型供热协议用于减少和烧结干泡沫。在这个代表的例子中,泡沫在850°C 30 h . g) x射线衍射模式完全清楚减少样本及其相关的预期为衍射峰的铁素体(α-Fe)原子结构。h)光学和i, j)减少样品的扫描电镜图像。比例尺条显示1厘米(c、h), 1毫米(d,我),和100年µm (e, j)。图片来源:木匠,j . et al .,先进的材料技术亚博网站下载
观察
发现构建的磁铁矿颗粒己胺提供最佳的润湿性,促进吸附在空气和水之间的界面,导致稳定、强大的空气泡沫的yabo214合并。一个明显的粘弹性响应,包括压力小的储能模量高原和明确定义的屈服应力。泡沫显示4.86 kPa高原储能模量,使其刚性足够直接油墨印刷的栅格的设计。团队进一步确定particle-stabilized湿泡沫的优良的粘弹性性质和稳定在正常的印刷情况下减轻任何压缩问题。
处理样品的x射线衍射模式表明,原始的磁铁已经完全变成了铁素体铁。结合烧结和还原过程导致线性收缩50%,其次是closed-celled形成大孔隙泡沫期间开放。结果,一个独特的、多孔、open-celled结构三个层次形成孔隙度水平。从微观结构决定的调查,避免高温是必要的保护三级分层孔隙度以及碳含量很高。此外,机械特性显示,包含镍的抗压强度和弹性模量显著增加多孔铁基合金。
固有磁场和显著的导电性观察铁被发现在多孔金属结构本身,可以印刷成各种大规模的设计。此外,结构的极低密度使它足够轻浮在水面上。因此,本研究的多孔结构可以利用石油环境友好型吸附剂。结构的密度上升随着石油取代空气通道和毛孔,直到他们开始下沉。这可能可以限制原油泄漏之前回到海底。这些材料可以亚博网站下载作为低功耗电阻蒸发器,因为他们有较高的电阻率比纯铁的等价物。
铁基分级多孔结构的可能的应用。轻量级,渗透和high-surface-area结构与定制的化学成分(从右到左):未还原的磁铁矿泡沫,泡沫磁赤铁矿在氧化磁铁矿获得在550°C 2 h(棕色),37 wt %磁赤铁矿和63 wt %赤铁矿泡沫获得在氧化磁铁矿在650°C 2 h(红色),烧结赤铁矿烧结获得的泡沫在1000°C 2 h(银)。b)铁基泡沫宏观磁铁吸引。c)的3 d打印和成型铁泡沫。d) Hydrophobized泡沫铁吸收的油快速、有选择性地水浴。因为它浸湿表面泡沫,石油是包含在微观和大孔隙的结构。eg)电阻加热随需应变的铁基泡沫液体的蒸发:(e)延时红外图像35%的泡沫铁在室温下(5.6Ω)受到3 W电源的电压。标记的区域的平均温度曲线(e)显示在(f)。e)的时间点的快照显示虚线(f)。g)光学和h)热图像显示按需使用泡沫注入液体通过电阻加热蒸发与以太石油(柠檬烯,0.4毫升g−1)。规模酒吧表示1厘米。图片来源:木匠,j . et al .,先进的材料技术亚博网站下载
结论
总而言之,研究表明,有可能产生超轻钢和铁基材料有三个层次通过使用particle-stabilized DIW泡沫孔隙率水平。亚博网站下载为了保持结构的大孔隙增加显微疏松固体金属相的时候,还原过程的温度和时间证明是至关重要的。
相对密度降低观测到的结构没有影响多孔金属的机械效率因为总孔隙度是分散在多个长度尺度。研究者称,这项研究中产生的分级多孔金属可以充分足够轻为溢油漂浮在水的吸收。广泛的可持续和可访问的矿产资源,这种生产方法提供了一个坚实的基础生产轻质和实用的材料。亚博网站下载
源
木匠,j。Passaleva, N。哈林,M。Mikl, G。Studart, a。R。,3 d印刷层次多孔钢和铁基材料。亚博网站下载放置板牙。抛光工艺。2022年,2200971。https://doi.org/10.1002/admt.202200971
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