Detrás del simple título "Fabricación aditiva de aerogeles de sílice": el artículo se publicó el 20 de julio en la revista científica Naturaleza - Se esconde un desarrollo pionero. Los aerogeles de sílice son espumas ligeras y porosas que proporcionan un excelente aislamiento térmico. En la práctica, también son conocidos por su comportamiento frágil, por lo que suelen estar reforzados con fibras o con biopolímeros orgánicos o paraAplicaciones a gran escala Debido a su comportamiento de fractura frágil, tampoco es posible aserrar o fresar piezas pequeñas a partir de un bloque de aerogel más grande. La solidificación directa del gel en moldes miniaturizados tampoco es confiable, lo que resulta en altas tasas de desperdicio.Es por eso que los aerogeles apenas se han utilizado para aplicaciones a pequeña escala.
microestructuras estables y bien formadas
El equipo de Empa dirigido por Shanyu Zhao, Gilberto Siqueira, Wim Malfait y Matthias Koebel ahora ha logrado producir microestructuras estables y bien formadas a partir de aerogel de sílice mediante el uso de una impresora 3D. Las estructuras impresas pueden ser tan delgadas como una décima demilímetro. La conductividad térmica del aerogel de sílice es un poco menos de 16 mW / m * K, solo la mitad que la del poliestireno e incluso significativamente menor que la de una capa de aire que no se mueve, 26 mW / m * KAl mismo tiempo, el novedoso aerogel de sílice impreso tiene propiedades mecánicas aún mejores y puede incluso perforarse y fresarse. Esto abre posibilidades completamente nuevas para el posprocesamiento de molduras de aerogel impresas en 3D.
Con el método, para el cual se ha presentado una solicitud de patente, es posible ajustar con precisión las propiedades de flujo y solidificación de la tinta de sílice a partir de la cual se produce el aerogel, de modo que tanto las estructuras autoportantes como las delgadaslas membranas se pueden imprimir. Como ejemplo de estructuras colgantes, los investigadores imprimieron hojas y flores de una flor de loto. El objeto de prueba flota en la superficie del agua debido a las propiedades hidrófobas y la baja densidad del aerogel de sílice, al igual que su modelo naturalLa nueva tecnología también hace posible por primera vez imprimir microestructuras complejas de materiales múltiples en 3D.
Materiales aislantes para microtecnología y medicina
Con tales estructuras ahora es comparativamente trivial aislar térmicamente incluso los componentes electrónicos más pequeños entre sí. Los investigadores pudieron demostrar el blindaje térmico de un componente sensible a la temperatura y la gestión térmica de un "punto caliente" local en unOtra posible aplicación es el blindaje de fuentes de calor dentro de implantes médicos, que no deben exceder una temperatura superficial de 37 grados para proteger el tejido corporal.
una membrana de aerogel funcional
La impresión 3D permite producir combinaciones de múltiples capas / materiales de manera mucho más confiable y reproducible. Las nuevas estructuras finas de aerogel se vuelven factibles y abren nuevas soluciones técnicas, como muestra un segundo ejemplo de aplicación: Usando una membrana de aerogel impresa, los investigadores construyeron unBomba de gas "termo-molecular". Esta bomba de permeación funciona sin partes móviles y la comunidad técnica también la conoce como bomba Knudsen, que lleva el nombre del físico danés Martin Knudsen. El principio de funcionamiento se basa en el transporte de gas restringidoen una red de poros a nanoescala o canales unidimensionales cuyas paredes están calientes en un extremo y frías en el otro. El equipo construyó una bomba de este tipo a partir de aerogel, que estaba dopado en un lado con nanopartículas de óxido de manganeso negro. Cuando esta bombase coloca debajo de una fuente de luz, se calienta en el lado oscuro y comienza a bombear gases o vapores de solventes.
Purificación de aire sin partes móviles
Estas aplicaciones muestran las posibilidades de la impresión 3D de una manera impresionante: la impresión 3D convierte el material de aerogel de alto rendimiento en un material de construcción para membranas funcionales que se puede modificar rápidamente para adaptarse a una amplia gama de aplicaciones. La bomba Knudsen, que esimpulsado únicamente por la luz solar, puede hacer más que simplemente bombear: si el aire está contaminado con un contaminante o una toxina ambiental como el solvente tolueno, el aire puede circular a través de la membrana varias veces y el contaminante se descompone químicamente mediante una reacción catalizadapor las nanopartículas de óxido de manganeso. Estas soluciones autocatalíticas alimentadas por el sol son particularmente atractivas en el campo del análisis y la purificación del aire a muy pequeña escala debido a su simplicidad y durabilidad.
Los investigadores de Empa ahora están buscando socios industriales que deseen integrar estructuras de aerogel impresas en 3D en nuevas aplicaciones de alta tecnología.
Video: http://www.youtube.com/watch?v=Yl8yz28xQbw&feature=emb_logo
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales EMPA . Original escrito por Rainer Klose. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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