分析氣凝膠的打印探測器市場

在航空航天業應用最多是引擎部件3D打印,不過近日,NASA哥達德空間飛行中心的研究人員們表示,石墨烯氣凝膠噴射技術可能將運用於創建3D打印探測器組件。

此外,該技術也可用於制造太空飛船上的天線及其他硬件。將所有的電子元件裝置在電路板上,如果能用3D打印直接完成的話,會比傳統工藝便利很多。目前哥達德空間飛行中心正在研究石墨烯氣凝膠噴射技術是否具備制造探測器裝配的潛力。

這些3D打印出來的裝配用傳統制造工藝往往無法完成,並且制造時間更短,最少隻需1-2天便能完成,更重要的是,它們可以被制造成任意形狀。由於太空飛船上的儀器非常精密,很多都是以微米為寬度單位,如果可以用到氣凝膠噴射技術,將會重新定義精密電路板裝配的制造方式,並且進一步提高它們的性能及穩定性。

制造石墨烯氣凝膠的常規方法是用噴墨打印機在室溫或以上的溫度下擠出石墨烯與聚合物或二氧化矽的混合物,然後再將後者用化學或加熱法去除。不過這種層疊式制造法有著明顯的缺點,比如有可能破壞石墨烯的結構,很難制造出懸浮式復雜結構,以及成品氣凝膠物理性能較差等,而K-State的這種新技術則通過將“凝固鑄造”與3D打印相結合解決瞭這個問題。

據南極熊瞭解,這種方法實際上將石墨烯氧化懸浮物與水混合,然後在-25℃的環境下將其3D打印到一個表面上。它的好處就是水會結冰,將完成的打印層固定住,同時起到支持作用,令下一層得以繼續順利打印。

這種方法還有一個優點,就是能提高氣凝膠結構的完整性,因為當石墨烯氧化物沉積到到冷凍結構上時,沒有凍住的部分會解凍已經凍住的表面,令層與層之間自由混合並重新結冰 — 這會形成氫鍵,而它可以對氣凝膠結構產生影響。

此外,使用這種方法還能創造出具有復雜結構的石墨烯氣凝膠。這同樣是因為水會結冰,形成支撐,從而實現石墨烯氧化懸浮物的層積。

最後,隻要將水分去除,就得到瞭最初的目標 — 石墨烯氣凝膠。目前,項目團隊已經用這種方法制造出瞭密度(0.5-10)毫克/立方厘米的氣凝膠。它不但質量高,而且表現出瞭良好的導電性和高壓縮性。未來,研究人員還會進一步開發這種方法,希望能實現用多噴嘴和多材料的打印。

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