Nature 揭示二氧化硅气凝胶微结构制造的突破性进展，3D打印是关键

二氧化硅气凝胶是一种具有优异隔热性能的轻质多孔泡沫。大型二氧化硅气凝胶材料已应用于环境技术、物理实验或工业催化领域。

二氧化硅气凝胶材料的另一种性能是脆性。由于脆性容易导致断裂，很难将大气凝胶块分成小块，直接固化凝胶的技术废物率高。这些是二氧化硅气凝胶材料几乎无法实现小应用的主要原因。

根据3D科学谷的市场研究较近发表在订刊上 Nature微型二氧化硅气凝胶制造技术气凝胶制造技术的突破。瑞士国家联邦实验室（Empa）研究小组展示了如何通过墨水直接写3D实现二氧化硅气凝胶材料的高精度制造。该技术为微电子、机器人技术、生物技术和传感器技术等高科技行业的隔热应用开辟了新的可能性。

来源：Nature

扩大气凝胶小型应用

研究团队已成功使用3D微结构二氧化硅气凝胶打印生产稳定、形状好，印刷结构可薄至10mm。二氧化硅气凝胶的热导率仅低于16 mW /（m K），只有聚苯乙烯的一半，甚至比不流动空气层的26 mW /（m K）要低得多。

同时，新型3D二氧化硅气凝胶具有更好的机械性能，甚至可以钻孔和研磨。D印刷气凝胶成型的后处理开辟了新的可能性。

3D打印气凝胶莲花样品证明可用于3D在印刷过程中产生精细的气凝胶结构。资料来源：Empa

研究团队可以准确调整二氧化硅油墨的流动性和固化性能，实现自支撑结构和薄膜结构的3D打印。图中莲花状3D印刷二氧化硅气凝胶样品是一种悬挂结构。由于二氧化硅气凝胶的疏水性和低密度，试验对象可以像天然莲花一样漂浮在水面上。

新技术还使第一次打印复杂的3D多材料微结构成为可能。

热管理应用

研究小组还探讨了该技术的应用方向。其中一个应用方向是热管理。

由气凝胶制成的微型定制屏蔽罩可以有效地屏蔽电子元件的热量。这些热图像显示了如何屏蔽主板上电压控制器的热量（左边没有绝缘，中间有铝条，右边有3个D定制气凝胶块(较左侧)打印；红色/紫色:高温；绿色/蓝色:低温)。 Empa

例如，可用于温度敏感组件的热屏蔽和局部热点的热管理。 另一种可能的应用是屏蔽医用植入物中的热源，使热源的表面温度不超过37度，从而保护人体组织。

功能性气凝胶膜

3D印刷技术使多层/多材料组合的生产更加可靠和可重复，也是制造新型气凝胶精细结构的可行性。

研究人员使用3D印刷气凝胶膜结构了一种热分子渗透泵，可以在没有任何活动部件的情况下运行，仅由太阳能驱动。该渗透泵的操作原理是基于纳米孔或一维通道网络中有限的气体传输，孔壁一端热，另一端冷。渗透泵的一侧与黑色氧化锰纳米颗粒混合。

空气净化

研究小组通过3D印刷技术可以将气凝胶转化为功能膜。如果稍微改变这个应用，它可以应用于更广泛的领域。

例如，如果空气被污染物或环境毒素（如溶剂甲苯）污染，空气可以通过膜循环几次，污染物被锰氧化物纳米颗粒催化。由于其简单性和耐久性，这种利用太阳能作为动力的自催化解决方案在小型空气分析和净化领域尤为有吸引力。

研究小组发表的论文题目是 ‘Additive nufacturing of silica aerogels’ 。研究小组提出的墨水直写3D二氧化硅纳米颗粒悬浮液(溶胶)中的二氧化硅气凝胶粉末浆液可产生微型二氧化硅气凝胶物体。由于凝胶颗粒体积分数高，油墨表现出剪切稀化。这种材料在打印过程中很容易流过喷嘴，但粘度在打印后迅速增加，以确保打印对象保持其形状。3D硅溶胶打印后在氨中凝胶。此外，论文还证明了功能纳米颗粒的简单性，并说明了该技术在热管理、微气泵等领域的潜力。

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