KTH 开发革命性的 3D 打印方法以提高效率... - 3D打印行业资讯网

KTH 皇家理工学院的研究人员开发了一种 3D 打印方法，可以更轻松、更快速地制造具有纳米级特性的微型超级电容器 (MSC)。

这项发表在 ACS Nano 上的研究展示了该团队如何成功地 3D 打印具有自组装纳米结构的无机富硅玻璃的分层结构。这一发展可能会带来更小、更节能的可穿戴设备，包括自主传感器、可穿戴设备和物联网 (IoT) 应用。

这项研究由 KTH 教授 Frank Nicklaus 领导，由 Po-Han Huang 共同撰写，解决了微型超级电容器开发中的两个重要挑战：最大化电极表面积和实现快速离子传输。

研究小组表示，间充质干细胞的性能很大程度上取决于其存储和传导电能的电极。通过增加表面积和优化离子传输通道，该团队的创新可以改进现代设备的能量存储解决方案。

黄说：“我们的研究结果代表了微制造领域的重大进步，对高性能储能设备的开发具有广泛的影响。” “除了 MSC 之外，我们的方法在光通信、纳米机电传感器和 5D 光学数据存储等领域也具有有趣的潜在应用。”

3D打印微型超级电容器

这一发展的关键是飞秒激光脉冲的使用，它可以在氢倍半硅氧烷（HSQ）（一种玻璃状前体材料）中同时引发两个反应。

一种反应产生自组装纳米板，而第二种反应将前体转化为富硅玻璃，这是 3D 打印工艺的基础。这种方法可以快速、精确地制造开放通道电极，显着增加表面积并加速离子传输。

使用这种方法，研究人员展示了 3D 打印微型超级电容器的能力，即使在高速充电和放电时也能表现良好。这些 MSC 具有 1 mF/cm2 的高比电容，能够承受 50 V/s 的超高扫描速率，这表明储能应用具有高性能。

尼克劳斯表示，这项研究对于新技术的意义重大。 “微型超级电容器可以使这些应用更加紧凑和高效，”他解释道。

研究结果还与消费电子产品、可再生能源和汽车系统等领域的能量收集和稳定相关，这些领域已经使用了更大的超级电容器。

KTH 领导的 3D 打印研究

除了研究微型超级电容器之外，瑞典皇家理工学院的研究人员还与其他大学合作，在其他领域进行研究。

今年 2 月，KTH 皇家理工学院和斯德哥尔摩大学的研究人员开发了一种使用 Nanoscribe 3D 微型打印机优化电化学晶体管生产的方法。

该工艺无需洁净室和化学品，大大加快了医疗植入物、可穿戴电子产品和生物传感器的生产速度。这项研究发表在《高级科学》杂志上，强调了葡萄糖传感器和附加逆变器原型的成功创建。研究人员表示，这种方法提高了生物电子学的效率、可持续性和可扩展性，促进更快的上市时间和更环保的制造方法。

在其他地方，美国国家标准与技术研究院 (NIST) 与皇家理工学院 KTH 的研究人员在理解激光粉末床熔合 (LPBF) 过程中冷却速率如何影响金属性能方面取得了突破。

这项研究表明，控制冷却速率可以影响金属的晶体结构，提高韧性并减少裂纹。通过使用同步加速器 X 射线测试 Kurtz-Giovanola-Trivedi (KGT) 凝固模型的预测，该团队的结果可以提高工业用途金属增材制造的一致性和可扩展性。

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该图像显示了硅晶圆上 3D 打印的硅玻璃微型超级电容器 (MSC) 的特写视图，放大了 4,720 倍。图片由 KTH 皇家理工学院提供。