I ricercatori di Amburgo stanno sviluppando processi di stampa 3D per aerogel a base di nanoparticelle
I ricercatori dell’Universität Hamburg e DESY hanno sviluppato un processo di stampa 3D che può essere utilizzato per stampare nanomateriali colloidali sotto forma di aerogel. Hanno dimostrato l’efficienza del loro lavoro con un aerogel TiO2, che hanno anche caricato con nanobarre d’oro. Vi presentiamo il loro sviluppo. Con il loro metodo, gli scienziati ottengono un materiale che non è solo leggero e stabile, ma può anche avere proprietà funzionali diverse a seconda della combinazione di materiali.
A parte una rete tridimensionale di nanoparticelle, gli aerogel sono costituiti quasi esclusivamente da nanopori pieni d’aria, come spiega un comunicato stampa dell’Università di Amburgo . Questa struttura spugnosa e nanoporosa conferisce al materiale un’area superficiale straordinariamente elevata. Indipendentemente dalla composizione della rete nanoscopica, il materiale è dotato di diverse proprietà funzionali. Gli aerogel sono promettenti per l’isolamento termico ma anche per applicazioni in cui devono essere eseguite reazioni chimiche come la catalisi, l’accumulo di energia o la tecnologia dei sensori sulla superficie delle nanoparticelle.
I ricercatori dell’Universität Hamburg e DESY hanno ora sviluppato un processo di stampa 3D che può essere utilizzato per elaborare nanomateriali colloidali sotto forma di aerogel utilizzando la stampa 3D . I ricercatori hanno pubblicato il loro lavoro sulla rivista Advanced Functional Materials nell’articolo ” Nanoinks gelled senza additivi come cassetta degli attrezzi per la stampa 3D per aerogel sfusi strutturati gerarchicamente “. I ricercatori dell’Università di Buffalo sono riusciti a produrre aerogel di grafene purificatore d’acqua per la stampa 3D .
Dettagli dello studio
Secondo il primo autore dello studio, Matthias Rebber, i liquidi contenenti nanoparticelle potevano essere trasformati in un aerogel solido utilizzando un processo di colata. Tuttavia, ciò ha lo svantaggio che il gel non può essere rimosso in modo affidabile dallo stampo. Ciò porta a tassi di scarto elevati nella produzione e consente solo geometrie semplici.
Tale forma non è necessaria nella stampa 3D. Con inchiostri simili a gel basati su nanoparticelle di TiO2, i ricercatori hanno utilizzato una pompa a siringa per premere attraverso gli aghi per la stampa fine di una stampante 3D . Secondo Dorota Koziej, professore presso il Center for Hybrid Nanostructures (CHyN) presso l’Universität Hamburg, una delle sfide principali è stata il mantenimento della delicata rete di nanoparticelle durante il processo.
I fili sottili si asciugano nell’aria ambiente pochi secondi dopo la stampa e la rete nanoporosa collassa.
I ricercatori hanno trovato una soluzione
I ricercatori hanno trovato la soluzione in un bagno liquido, che funge da mezzo per l’inchiostro gelatinoso utilizzato durante la stampa 3D. Il liquido contiene un agente gelificante che indurisce l’inchiostro molto morbido dopo la stampa e consente geometrie di stampa complesse. Le complesse geometrie sono un vantaggio decisivo rispetto al processo di colata stabilito. Un’architettura gerarchica che include lunghezze sulle scale nano, micro e macro ha lo scopo di garantire la massima efficienza dell’aerogel. I ricercatori lo hanno dimostrato caricando ulteriormente l’aerogel TiO2 con nanobarre d’oro. Attraverso l’eccitazione plasmonica, il materiale può convertire efficacemente la luce in calore, ad esempio per accelerare le reazioni catalitiche.
Rebber spiega che la stampa 3D ora può controllare in modo specifico l’interazione con la luce e, ad esempio, la profondità di penetrazione nel materiale può essere quadruplicata rispetto ai materiali non strutturati.
Con questo esperimento, i ricercatori hanno voluto dimostrare la fattibilità della strutturazione di proprietà funzionali come il riscaldamento fototermico dei nanorod d’oro attraverso la stampa 3D. Il concetto sarà esteso ad altri materiali.
voci dei ricercatori
Dorota Koziej dice:
“I nanomateriali sono noti per le loro straordinarie proprietà elettriche, ottiche e magnetiche. Possiamo regolarli in modo specifico durante la sintesi nel nostro laboratorio e quindi adattarli all’applicazione come catalizzatore, batteria o sensore”.
Matthias Rebber è fiducioso:
“La cosa bella del nostro processo di stampa è il principio modulare nella formulazione dell’inchiostro. Usiamo le nanoparticelle di TiO2 come struttura di base e possiamo già caricare questa rete con un’ampia gamma di nanomateriali. Grazie alla struttura di base nanoporosa, otteniamo un materiale che non è solo leggero e stabile, ma può anche avere proprietà funzionali diverse a seconda della combinazione di materiali”.
