Controllo della porosità nella stampa 3D con carbone attivo
I ricercatori stanno diventando ancora più approfonditi con lo studio dei materiali e la stampa 3D con il metallo nel recente pubblicato ” Carbone attivato nella terza dimensione: stampa 3D di un carbonio poroso sintonizzato “. Cercando di creare carboni porosi strutturati gerarchicamente, il team di scienziati della Technische Universität Darmstadt ha sperimentato la stampa 3D SLA per creare una nuova forma di strutture meccanicamente stabili.
Solitamente ottenuti sotto forma di polvere, i carboni possono essere neri classici, attivati o nanomateriali. Spesso, tuttavia, i livelli di conducibilità in questi tipi di polvere sono bassi, causando perdite ohmiche e una funzionalità più ristretta per le applicazioni in cui sono utili più carboni ad alta superficie, come:
Elettrico
Conversione dell’energia solare
Accumulo di energia
Separazione del gas
Conservazione
Trattamento delle acque reflue
Gli scienziati si aspettano che gli svantaggi con i materiali in carbonio possano essere superati con l’uso di strutture come monoliti, schiume e “strutture cellulari aperte regolari”. Per le strutture che richiedono flessibilità, d’altra parte, possono essere impiegate altre tecniche come fusione di elettroni o laser, SLA, stampa 3D FFF e altro. In precedenza, la scrittura diretta con inchiostro ha mostrato un grande potenziale con il grafene, ma per migliorare il controllo dei problemi di porosità, i ricercatori hanno cercato di mettere a punto le strutture “su più scale”.
Stampando una struttura macroscopica, i ricercatori hanno eseguito diversi passaggi, iniziando con la stampa 3D SLA per controllare la parte, aggiungendo nel contempo porogeno liquido per causare la separazione di fase e formare un modello. Una volta estratto, il polimero viene stabilizzato con polimerizzazione dell’ossigeno e quindi il passaggio finale di pirolisi.
“Nell’attivazione finale di CO 2 , la microporosità della struttura di carbonio risultante può essere aumentata”, hanno affermato i ricercatori.
Poiché il polimero viene convertito in carbonio, la forma iniziale dovrebbe essere mantenuta. Il team di ricerca afferma che prima deve essere trovato un monomero adatto. In questo studio, i tre diversi monomeri originariamente utilizzati non erano adatti alla “strategia di sintesi prevista”, tuttavia, un copolimero composto sia da un monomero a base di acrilato che da un monomero aromatico, ha prodotto “effetti sinergici”.
È stato fondamentale nello studio e nel processo risultante che la copolimerizzazione avvenga durante la fotopolimerizzazione, dall’interno della stampante 3D SLA, che rappresenta l’unica via per l’integrazione del DVB a reazione lenta. I ricercatori hanno anche affermato che all’interno di questa ricerca non stavano cercando l’omopolimerizzazione parallela in quanto separerebbe i polimeri e causerebbe ripercussioni negative durante la pirolisi.
“Questo nuovo approccio flessibile ai materiali di carbonio strutturati gerarchicamente apre la strada all’identificazione e all’applicazione di materiali di carbonio ottimizzati in varie applicazioni”, hanno affermato i ricercatori. “Le applicazioni in cui è possibile sfruttare la struttura connessa, ad esempio a causa della maggiore conduttività elettrica o termica, possono trarre vantaggio: gli elettrodi ottimizzati per computer in applicazioni elettrochimiche sono un campo molto promettente.”
Mentre i ricercatori di questo studio possono aver approfondito i modi più complessi per creare strutture dal carbonio, sono stati scoperti anche molti altri usi, dagli inchiostri a nanotubi di carbonio ai compositi in fibra di carbonio e persino dai compositi a memoria di forma . Cosa ne pensi di questa notizia? Fateci sapere i vostri pensieri! Partecipa alla discussione su questo e altri argomenti sulla stampa 3D su 3DPrintBoard.com .
A) Spettri IR di fotoresine contenenti il 50% di DEP come porogeno e il 50% di DVB, il 50% di PETA o il 25% di DVB più il 25% di PETA, dopo diversi tempi di illuminazione nella stampante 3D; B) Conversione di gruppi vinilici aromatici e acrilici in funzione del tempo di illuminazione nella stampante 3D per l’omopolimerizzazione di DVB o PETA e la copolimerizzazione di DVB e PETA insieme a DEP al 50% vol come porogeno. Panoramica schematica del processo di stampa 3D, partendo dalla fotoresina liquida, quindi producendo una struttura a celle aperte di polimero poroso (cellula tetragonale) mediante stampa 3D stereolitografica e successiva estrazione della fase porogena, producendo infine una struttura di celle aperte a carbone attivo su una termica trattamento consistente nella stabilizzazione in aria, pirolisi in azoto e attivazione in CO2. 
A, B) Immagini SEM di una spirale di carbonio stampata in 3D con una concentrazione di colorante di 0,8 mg mL-1 e uno spessore dello strato di 20 µm; C) Struttura a celle aperte di carbonio basata su una cellula tetraedrica e stampata in 3D con una concentrazione di colorante di 0,4 mg mL-1 e un’altezza dello strato di 100 µm che supporta il peso di un cilindro di acciaio da 1,7 kg.