據了解，勞倫斯利弗莫爾全國實驗室(LLNL)的研究人員與他們在哈佛大學的同行一起報告了納米多孔金的分層3D打印，他們認為這可能會徹底改變化學反應器的設計。納米多孔金屬引起了科學家們很大的興趣，因為它們結合了幾種理想的材料特性，例如高表面積，機械尺寸效應和高導電性。這使它們成為電化學反應器，傳感器和執行器等應用的理想選擇。
“如果你考慮傳統的加工工藝，耗費時間并浪費大量材料，同時你還沒有能力創造復雜的結構。”LLNL博士后研究員ZhenQi說道，他是該論文的共同作者。“通過使用3D打印，我們可以實現具有特定應用流動模式的大孔結構。通過創建分層結構，我們提供快速質量傳輸的途徑，以充分利用納米多孔材料的大表面積。它也是一種節省材料的方法，特別是貴金屬。“
研究人員將基于擠出的直接油墨寫入3D打印工藝與合金化和脫合金工藝相結合，將納米多孔金制成三種不同的尺度，從微觀尺度到納米尺度。根據研究人員的說法，分層結構“顯著改善了每種液體和氣體的質量傳遞和響應電荷。”研究人員說，通過3D打印能夠控制催化劑的表面積以產生電化學反應，這一發展可能對電化學產生重大影響。
“通過控制三維多孔材料的多尺度形態和表面積，您可以開始操縱這些材料的傳質特性。”LLNL研究員EricDuoss說，“通過層級結構，您可以處理反應物和產品轉移以進行不同反應的通道。“實現成品需要幾個步驟。LLNL研究員ChengZhu和前博士后WenChen創造了由金銀微粒制成的墨水，然后進行3D打印。將3D打印部件放入爐中以使顆粒聚結成金、銀合金。然后他們將這些部件放入化學浴中，在一個稱為“脫合金”的過程中除去銀，在每個梁或細絲內形成多孔金。“最后一部分是三維分層金結構，包括宏觀印刷的孔隙和由于脫合金作用而形成的納米級孔隙。”現任馬薩諸塞大學阿默斯特分校教授Chen說。“這種分層的3D架構允許我們以數字方式控制大孔的形態，這使我們能夠實現所需的快速質量傳輸行為。”
研究人員表示，該方法可以很容易地應用于其他合金材料，如鎂，鎳和銅，為催化，電池，超級電容器甚至二氧化碳還原等領域應用復雜的3D打印金屬部件提供了新的可能性。
專注于印刷和后處理零件的Chen表示，該工藝的關鍵是開發具有良好流動性能的油墨，使其能夠在壓力下形成連續長絲，并在離開打印機的微噴嘴時凝固以保持其絲狀形狀。LLNL研究員JuergenBiener表示，催化的挑戰在于將高表面積與快速傳質相結合。雖然增材制造是創建復雜宏觀結構的理想工具，但直接引入提供所需高表面積的納米結構仍然非常困難，“Biener說。”我們通過開發基于金屬油墨的方法克服了這一挑戰，通過稱為脫合金的選擇性腐蝕過程引入納米孔隙。“
他們的研究論文題為《走向數控催化劑結構：通過3D打印的分層納米多孔金》發表在ScienceAdvances雜志上。
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