3D打印分層多孔材料研究

文： 增材之光

分層多孔材料在自然界中普遍存在，并具有許多應用，如催化載體、生物支架和輕質結構。3D打印允許以多種尺度上以晶格、多孔結構和泡沫的形式制造多孔材料。然而，根據(jù)一組題為“將犧牲模板3D打印成分層多孔材料”的論文中的研究人員稱，“目前的方法”不允許快速制造具有孔隙尺寸的大體積多孔材料，因為從宏觀尺寸到納米尺度跨度太廣。”

在這篇研究論文中，作者描述了他們?nèi)绾伍_發(fā)油墨配方、以實現(xiàn)在納米級、微米級和宏觀級別上顯示多孔性的分層材料的3D打印。

研究人員表示，“在這里，我們的3D打印油墨，由納米乳液和其他微模板組成，以生成形狀復雜的分層材料，其孔徑可控制在數(shù)百納米到毫米之間。通過選擇打印路徑和孔模板構件的尺寸，可以容易地調節(jié)所得多孔材料的孔徑。亞微米孔由顆粒穩(wěn)定的納米乳液產(chǎn)生，而較大的液滴或犧牲聚合物顆粒用于產(chǎn)生尺寸范圍為10-100μm的孔。 最后，分層多孔材料的宏觀復雜形狀和大規(guī)模蜂窩結構由3D打印過程決定�！�

研究人員通過兩步乳化過程形成穩(wěn)定的納米液滴。這些納米液滴足夠穩(wěn)定，可通過超速離心濃縮，形成致密的堵塞模板，根據(jù)油的揮發(fā)性，可在干燥或燒結時直接轉化為納米多孔結構。

研究人員繼續(xù)說道，“由于納米顆粒在前體液滴表面形成致密層，因此通常在干燥和燒結后獲得封閉的納米孔。然而，如果乳狀液在加工過程中稍微不穩(wěn)定以產(chǎn)生僅部分被顆粒覆蓋的液滴表面，也會形成開孔。對于在這項工作中研究的乳狀液，我們發(fā)現(xiàn)通過用癸烷作為分散相代替玉米油可以實現(xiàn)這種輕微的不穩(wěn)定。在燒結后調整工藝以產(chǎn)生開孔或閉孔的能力使得能夠根據(jù)目標應用所需的性質定制多孔結構�！�

由于納米和微孔是由油墨中的模板化液滴和顆粒的自組裝產(chǎn)生的，與材料的緩慢順序沉積相反，3D打印過程簡單且快速。因為它們在油墨制備期間易于聚結，所以模擬液滴需要通過顆粒穩(wěn)定，所述顆粒隨后將形成在干燥和固結時產(chǎn)生的孔壁。

研究人員得出結論，“用于促進這種穩(wěn)定機制的表面活性劑的兩性離子性質允許使用具有多種不同化學性質的顆粒。此外，干燥的打印結構可以化學固化或通過熱處理固化，這取決于油墨配方。結合3D打印的復雜成型功能，這些功能使該工藝具有高度可調性，并為各種應用的分層多孔材料的設計和數(shù)字化制造開辟了新的可能性�！�

來源： 增材之光