賓漢姆頓大學(xué)利用氮化硼納米管金屬3D打印技術(shù)或?qū)⒀趸D(zhuǎn)化為優(yōu)勢
時間：2024-05-28 09:37 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導(dǎo)讀：在設(shè)計金屬機械系統(tǒng)時，工程師面臨的主要挑戰(zhàn)之一是氧化，可能導(dǎo)致設(shè)備效率和壽命問題。盡管增材制造的金屬在航空航天、海洋和汽車設(shè)計等領(lǐng)域取得了進展，但在腐蝕性環(huán)境中更容易失效。與傳統(tǒng)制造的金屬相比，3D打印工藝會增加金屬的孔隙率。若能找到一種方法通過氧化使金屬更堅固，將會對工業(yè)界產(chǎn)生重大影響。
Ke說：“氧化是無法避免的，因此我們正試圖利用它，將其轉(zhuǎn)化為一種新的強化機制，使材料變得更加堅固。這將是一件非常了不起的事情。人們可以嘗試在設(shè)計材料時加入這種多孔性，甚至特意引入更容易氧化的結(jié)構(gòu)，因為這對材料本身是有益而非有害的。”
氮化硼納米管3D打印技術(shù)
氮化硼納米管是一種革命性材料，于1995年首次在實驗室環(huán)境中開發(fā)。這種材料具有優(yōu)異的機械性能，極強的耐熱和抗氧化性能，同時還具有不受管徑和手性影響的穩(wěn)定寬禁帶半導(dǎo)體特性，可以用于納米尺度的電子器件、納米結(jié)構(gòu)的陶瓷、高強度纖維材料等。
與碳納米管相似，氮化硼納米管的獨特之處在于其具有電絕緣性，并且在更高溫度下具有熱穩(wěn)定性，從而拓寬了它潛在應(yīng)用領(lǐng)域。這些特性使得氮化硼納米管成為適用于航空航天、汽車、國防和生物醫(yī)學(xué)等市場的理想材料。
研究將納米管加入增材制造鋁的可能性
貫穿整個金屬的氮化硼納米管只有幾納米厚，幾微米到幾百微米長。為了觀察氧化如何改變納米管與金屬的結(jié)合方式（這是自加固機制的核心問題），Ke和他在賓漢姆頓大學(xué)納米力學(xué)實驗室的團隊將在高分辨率掃描電子顯微鏡內(nèi)，使用力傳感器將單個納米管從氧化金屬中拉出，這樣他們就能實時觀察到發(fā)生了什么。
他解釋說：“我們將其設(shè)計為三明治結(jié)構(gòu)。它就像一個熱狗，納米管是肉，金屬是面包。”
研究人員還將通過檢查負載轉(zhuǎn)移來更大規(guī)模地測試該材料，以了解氧化如何影響納米管增強的金屬的剛度、強度和韌性。來自伊利諾伊大學(xué)的計算建模合作者將驗證Ke的實驗結(jié)果，因為理解材料自我強化的機制對于研究者來說至關(guān)重要。
Ke說：“我們希望這將為科學(xué)界提供一個新的視角，讓他們了解我們在未來的材料設(shè)計中是如何看待金屬氧化的。這可能會改變這些金屬材料，尤其是3D打印金屬材料的研究格局。它在不同領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊，甚至可以重振美國制造業(yè)的競爭力。”
△沃森應(yīng)用科學(xué)學(xué)院機械工程系助理教授Changhong Ke
2024年5月27日，美國賓漢姆頓大學(xué)沃森學(xué)院機械工程系教授Changhong Ke通過美國國家科學(xué)基金會（National
Science
Foundation）的探索性研究早期概念補助金（EAGER）項目獲得了一筆15萬美元（約合108萬人民幣）的資助，用于研究在金屬3D打印（尤其是鋁）中加入氮化硼納米管的潛力。Ke說：“氧化是無法避免的，因此我們正試圖利用它，將其轉(zhuǎn)化為一種新的強化機制，使材料變得更加堅固。這將是一件非常了不起的事情。人們可以嘗試在設(shè)計材料時加入這種多孔性，甚至特意引入更容易氧化的結(jié)構(gòu)，因為這對材料本身是有益而非有害的。”
△氮化硼納米管微觀結(jié)構(gòu)
氮化硼納米管3D打印技術(shù)
氮化硼納米管是一種革命性材料，于1995年首次在實驗室環(huán)境中開發(fā)。這種材料具有優(yōu)異的機械性能，極強的耐熱和抗氧化性能，同時還具有不受管徑和手性影響的穩(wěn)定寬禁帶半導(dǎo)體特性，可以用于納米尺度的電子器件、納米結(jié)構(gòu)的陶瓷、高強度纖維材料等。
與碳納米管相似，氮化硼納米管的獨特之處在于其具有電絕緣性，并且在更高溫度下具有熱穩(wěn)定性，從而拓寬了它潛在應(yīng)用領(lǐng)域。這些特性使得氮化硼納米管成為適用于航空航天、汽車、國防和生物醫(yī)學(xué)等市場的理想材料。
研究將納米管加入增材制造鋁的可能性
貫穿整個金屬的氮化硼納米管只有幾納米厚，幾微米到幾百微米長。為了觀察氧化如何改變納米管與金屬的結(jié)合方式（這是自加固機制的核心問題），Ke和他在賓漢姆頓大學(xué)納米力學(xué)實驗室的團隊將在高分辨率掃描電子顯微鏡內(nèi)，使用力傳感器將單個納米管從氧化金屬中拉出，這樣他們就能實時觀察到發(fā)生了什么。
他解釋說：“我們將其設(shè)計為三明治結(jié)構(gòu)。它就像一個熱狗，納米管是肉，金屬是面包。”
研究人員還將通過檢查負載轉(zhuǎn)移來更大規(guī)模地測試該材料，以了解氧化如何影響納米管增強的金屬的剛度、強度和韌性。來自伊利諾伊大學(xué)的計算建模合作者將驗證Ke的實驗結(jié)果，因為理解材料自我強化的機制對于研究者來說至關(guān)重要。
Ke說：“我們希望這將為科學(xué)界提供一個新的視角，讓他們了解我們在未來的材料設(shè)計中是如何看待金屬氧化的。這可能會改變這些金屬材料，尤其是3D打印金屬材料的研究格局。它在不同領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊，甚至可以重振美國制造業(yè)的競爭力。”
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