二氧化硅氣凝膠的增材制造

原標題：二氧化硅凝膠增材制造

由于其超低導熱性和開孔結構，二氧化硅氣凝膠已廣泛應用于絕熱、催化、物理、環境修復、光學設備和超高速粒子捕獲。到目前為止，保溫材料是二氧化硅氣凝膠較大的市場，尤其是當空間有限時。二氧化硅氣凝膠的一個缺點是其脆性。纖維增強劑和粘合劑可以克服這個問題，可以廣泛應用于建筑和工業絕緣，但其加工性能差，加上精確鑄造小物件的難度，限制了二氧化硅氣凝膠小型化的潛力。增材制造為微型化提供了另一種方式，但被認為對硅膠氣凝膠不可行。本文提出了直接墨水書寫協議（direct ink writing protocol），用于從稀薄的二氧化硅納米顆粒懸浮液(溶膠)中產生微型二氧化硅氣凝膠，即二氧化硅氣凝膠粉漿。由于凝膠顆粒體積分數高，油墨表現出剪切稀化。因此，在打印過程中，它們很容易通過噴嘴流動，但它們的粘度在打印后迅速增加，以確保被打印的物體保持其形狀。二氧化硅溶膠印刷后在氨氣氛圍中凝膠，使其隨后加工成氣凝膠。印刷的氣凝膠物體為純二氧化硅，保持典型的高比表面積(每克751平方米)和超低導熱性(15.9毫瓦每米每開爾文)。此外，本文還證明了納米顆粒與功能相結合的簡單性。印刷硅膠氣凝膠物體可用于熱管理、小型化氣泵和揮發性有機化合物降解，說明該方案潛力巨大。