Die 3D-Nanopintechnik kann die Keramik für Hochleistungssysteme von der Erkennung von Krankheiten bis zur Raumfahrt transformieren

Das gleiche Material, aus dem Sie Ihren Morgenkaffee trinken, kann die Art und Weise verändern, wie Wissenschaftler Krankheiten erkennen, Wasser reinigen und Raumschilder dank eines völlig neuen Ansatzes für die Keramikherstellung isolieren.

Veröffentlicht In Fortgeschrittene Wissenschaft3D-AJP ist eine Aerosolstrahl-3D-Nanoprintentechnik, die die Herstellung hochkomplexer Keramikstrukturen ermöglicht, die-bei nur 10 Mikrometern (ein Bruchteil der Breite des menschlichen Haares)-für das bloße Auge kaum sichtbar sind. Diese 3D -Strukturen bestehen aus mikroskaligen Merkmalen, einschließlich Säulen, Spiralen und Gitter, die kontrollierte Porosität ermöglichen und letztendlich Fortschritte in Keramikanwendungen ermöglichen.

„Es wäre unmöglich, Keramikstrukturen so klein und genau wie diese mit traditionellen Fertigungsmethoden zu maschinenbereit“, erklärte Rahul Panat, Professor für Maschinenbau an der Carnegie Mellon University und leitender Autor der Studie. „Sie würden zerbrechen.“

Es wird angenommen, dass Keramiken aufgrund ihres Verschleißwiderstandes, ihrer thermischen Stabilität, ihrer thermischen Isolierung, ihrer hohen Steifheit und ihrer Biokompatibilität der Schlüssel für aufstrebende technische Systeme sind. Während vorhandene 3D-Drucktechniken Türen für die Herstellung von Keramiken geöffnet haben, werden während der Nachdruckverarbeitung häufig schwerwiegende Schrumpfung und/oder Defekte beobachtet, da Additive aus der Tinte zur Unterstützung des Materials während des Drucks benötigt wurden. Mit einer Schrumpfung zwischen 15 und 43%ist es für Hersteller schwierig, Druckparameter einzustellen, die den idealen Teil ausgeben würden.

3D-AJP stützt sich nicht auf Additive in der Tinte und sieht daher nur eine Schrumpfrate von 2 bis 6%, so Detaillierte Herstellbarkeitsstudie zur Identifizierung der CAD -Programme, die zur Erzeugung der endgültigen Form erforderlich sind.

Darüber hinaus zeigte das Team, einschließlich Postdoc Dr. Chunshan Hu, die einzigartige Fähigkeit von 3D-AJP, zwei Keramikmaterialien in einer einzigen Struktur zu drucken, was erweiterte Anwendungen ermöglicht.

„Mit diesen Strukturen können wir in nur 20 Sekunden Brustkrebsmarker, Sepsis und andere Biomoleküle aus einer Blutprobe nachweisen“, sagte Panat.

Diese Anwendung, die eine Erweiterung von ist frühere Forschungen In der Gruppe von Panat entwickelte eine Metallbiosensor, um Covid-19 in nur zehn Sekunden zu erkennen, vorteilhaft, da Keramiksensoren im Vergleich zu Metall fast fünfmal schneller hergestellt werden können.

Panat zitiert auch die Vorteile dieser Technologie für die Wasserreinigung und Wärmeisolierung.

„In Gegenwart von UV -Licht und Zinkoxid können Chemikalien abgebaut werden. Durch die Schaffung einer 3D -Struktur mit einer höheren Oberfläche können wir die Geschwindigkeit und die Wirksamkeit der Wasserreinigung um das Vierfache erhöhen“, sagte er. „Darüber hinaus ermöglicht unsere Fähigkeit, die Porosität dieser Strukturen zu kontrollieren, die thermische Leitfähigkeit von Strukturen wie den Isolatoren, die in Weltraum -Shuttles verwendet werden, kontrollieren und anpassen.“