超高效的3D打印催化劑可以幫助解決高超音速飛機的過熱問題，并為無數(shù)行業(yè)的熱管理提供革命性的解決方案。這種高度通用的催化劑由澳大利亞墨爾本皇家理工大學(xué)（RMIT）的研究人員開發(fā)，其制造成本低廉，規(guī)模也很簡單。

該團隊的實驗室演示表明，3D打印的催化劑有可能被用來為高超音速飛行提供動力，同時對系統(tǒng)進行冷卻。

該研究發(fā)表在英國皇家化學(xué)會雜志《化學(xué)通訊》上。

首席研究員Selvakannan Periasamy博士說，他們的工作解決了高超音速飛機發(fā)展中的最大挑戰(zhàn)之一：控制飛機以超過五倍音速飛行時積累的驚人熱量。

“我們的實驗室測試表明，我們開發(fā)的3D打印催化劑在為未來的高超音速飛行提供燃料方面有著巨大的前景，”Periasamy說。

“強大而高效，它們?yōu)楹娇諛I(yè)的熱管理提供了一個令人興奮的潛在解決方案--甚至更多。隨著進一步的發(fā)展，我們希望這種新一代的超高效3D打印催化劑可以被用來改變?nèi)魏芜^熱是一個永遠存在的挑戰(zhàn)的工業(yè)過程。”

對速度的需求

只有少數(shù)實驗性飛機達到了高超音速（定義為5馬赫以上--超過3800英里/小時或每秒1英里）。

從理論上講，高超音速飛機可以在90分鐘內(nèi)從倫敦到紐約，但在高超音速航空旅行的發(fā)展中仍然存在許多挑戰(zhàn)，例如極端的熱量。

第一作者和博士研究員Roxanne Hubesch說，使用燃料作為冷卻劑是解決過熱問題最有希望的實驗方法之一。

“能夠在為飛機提供動力的同時吸收熱量的燃料是科學(xué)家們關(guān)注的一個重點，但是這種想法依賴于需要高效催化劑的耗熱化學(xué)反應(yīng)，”Hubesch說?！按送?，燃料與催化劑接觸的熱交換器必須盡可能小，因為高超音速飛機在體積和重量上受到嚴(yán)格限制?！?/p>

為了制造新的催化劑，研究小組3D打印了由金屬合金制成的微小熱交換器，并在其上涂上被稱為沸石的合成礦物質(zhì)。

研究人員在實驗室規(guī)模上復(fù)制了燃料在高超音速下經(jīng)歷的極端溫度和壓力，以測試其設(shè)計的功能。

當(dāng)3D打印結(jié)構(gòu)加熱時，一些金屬進入沸石框架--這一過程對新催化劑的空前效率至關(guān)重要。

Hubesch說：“我們的3D打印催化劑就像微型化學(xué)反應(yīng)器，使它們?nèi)绱肆钊穗y以置信地有效的是金屬和合成礦物的混合。”

“這是一個令人興奮的催化新方向，但我們需要更多的研究來充分了解這個過程，并確定金屬合金的最佳組合以獲得最大的影響。”

來自皇家墨爾本理工大學(xué)先進材料和工業(yè)化學(xué)中心（CAMIC）的研究團隊的下一步工作包括通過用X射線同步輻射技術(shù)和其他深入的分析方法研究3D打印的催化劑來優(yōu)化它們。

研究人員還希望將這項工作的潛在應(yīng)用擴展到車輛的空氣污染控制和改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的微型設(shè)備--這對管理COVID-19等空氣傳播的呼吸道病毒尤為重要。

CAMIC主任Suresh Bhargava教授說，價值數(shù)萬億美元的化學(xué)工業(yè)主要是基于舊的催化技術(shù)。“這種第三代催化技術(shù)可以與3D打印技術(shù)聯(lián)系起來，創(chuàng)造出以前不可能的新的復(fù)雜設(shè)計，” Bhargava說。“我們新的3D打印催化劑代表了一種激進的新方法，真正有可能徹底改變?nèi)澜绱呋夹g(shù)的未來?！?/p>

3D打印的催化劑是在數(shù)字制造設(shè)施中使用激光粉床融合（L-PBF）技術(shù)生產(chǎn)的，該設(shè)施是RMIT先進制造區(qū)的一部分。

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