Nowa metoda usprawnia produkcję ceramiki komórkowej, przyspieszając wytwarzanie skomplikowanych projektów.

WarsawNaukowcy z Wydziału Inżynierii Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hongkongu (HKUST) opracowali prostszy sposób wytwarzania ceramiki komórkowej. Zespół kierowany przez profesora nadzwyczajnego Yang Zhengbao z Katedry Inżynierii Mechanicznej i Lotniczej stworzył nową metodę, która pokonuje problemy związane z tradycyjnym drukiem 3D. Nazwana strategią obróbki dwustopniowej wspomaganej napięciem powierzchniowym (STATS), może znacząco wpłynąć na branże wykorzystujące materiały ceramiczne, takie jak energetyka, elektronika i biomedycyna.

Technika STATS obejmuje dwa główne etapy:

• Przygotowanie organicznych struktur komórkowych za pomocą druku 3D w celu utworzenia podstawowych konfiguracji.
• Wypełnienie tych struktur roztworem prekursorowym zawierającym niezbędne składniki.

Zespół stanął przed dużym wyzwaniem związanym z kontrolowaniem kształtu cieczy w strukturze kratowej. Wykorzystali napięcie powierzchniowe, aby utrzymać ciecz na miejscu w ramach struktury. Dzięki temu uzyskali precyzyjną kontrolę nad kształtem cieczy, co pozwoliło na bardzo dokładne procesy produkcyjne.

Badacze udoskonalili projektowanie ceramiki komórkowej zarówno za pomocą badań teoretycznych, jak i eksperymentalnych. Dokładnie przeanalizowali szczegóły geometryczne sieci utworzonych z komórek jednostkowych i kolumn, aby pomóc w tworzeniu trójwymiarowych interfejsów płynów. To doprowadziło do opracowania ceramiki komórkowej o różnych rozmiarach komórek, kształtach, gęstościach, strukturach i materiałach. Oddzielenie procesu produkcji składników od budowy struktury sprawiło, że metoda ta stała się wysoce programowalna.

Zobacz również:

Dzisiaj · 02:19

Dieta owocowa wzmacnia odporność wirusową nietoperzy

Nowy proces ma kilka zalet. W odróżnieniu od tradycyjnych metod wytwarzania ceramik, które mają problem z równoważeniem porowatości i wytrzymałości mechanicznej, technika STATS tworzy struktury, które są ogólnie porowate, ale mocne w określonych miejscach. Ta lepsza struktura poprawia wydajność komórkowych piezoceramików. Naukowcom udało się osiągnąć wysoki współczynnik piezoelektryczny wynoszący około 200 pC N-1, zachowując przy tym ponad 90% ogólnej porowatości, co stanowi istotny postęp w porównaniu do obecnych metod.

Zainspirowana diatomami, czyli jednokomórkowymi glonami znanymi z misternych, krzemionkowych ścian komórkowych, ta strategia naśladuje precyzję natury w tworzeniu złożonych struktur. Zastosowania są szerokie, a potencjalne obszary obejmują:

• Filtry
• Czujniki
• Siłowniki
• Robotykę
• Elektrody do baterii
• Ogniwa słoneczne
• Urządzenia bakteriobójcze

Nowa metoda wpisuje się w obecne trendy w inżynierii materiałowej, które łączą obróbkę powierzchni z nowymi technikami produkcji. Strategia STATS może przyczynić się do tworzenia nowych struktur materiałowych i inteligentnych systemów, co przyczyni się do postępu w wielu dziedzinach technologii. Profesor Yang zaznaczył, że ta metoda nie tylko rozwiązuje problemy związane z tradycyjnymi technikami, ale także oferuje nowe sposoby projektowania skomplikowanych struktur ceramicznych. W przyszłości to podejście może prowadzić do powstania bardziej zaawansowanych i wydajnych urządzeń.