Исследователи из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологии (Empa) создали стабильные микроструктуры правильной формы из аэрогеля кремнезема с помощью 3D-принтера. Печатные структуры могут быть толщиной до десятых долей миллиметра. Новый аэрогель из диоксида кремния обладает лучшими механическими свойствами и его можно даже сверлить и фрезеровать. Это открывает совершенно новые возможности для постобработки 3D-печатных форм из аэрогеля. Описание разработки появилось в журнале Nature. Об этом сообщает пресс-служба Empa.
Аэрогель на основе кремнезема – это легкие пористые пены, обеспечивающие отличную теплоизоляцию. Этот материал очень хрупкий, и поэтому крупные объекты из аэрогеля обычно укрепляют органическими или биполимерными волокнами. Выточить мелкие изделия из более крупных – непростая задача. А сразу напечатать миниатюрный объект – еще сложнее.
Новый метод, который разработали ученые Empa, позволяет получить небольшие и стабильные объекты из аэрогеля. С помощью метода можно точно регулировать свойства текучести и затвердевания кремниевых чернил, из которых впоследствии получают аэрогель, так что получается напечатать как самонесущие конструкции, так и тонкие мембраны. В качестве примера таких структур исследователи напечатали листья и соцветия цветка лотоса. Тест-объект плавает на поверхности воды благодаря гидрофобным свойствам и низкой плотности кремнеземного аэрогеля – как и его естественная модель. Новая технология также позволяет впервые печатать сложные трехмерные микроструктуры из нескольких материалов.
Создание таких структур открывает дорогу новым техническим решениям. Так, можно напечатать «защитную мембрану», которая отделит источники тепла внутри медицинских имплантатов, температура поверхности которых не должна превышать 37 градусов по Цельсию, чтобы защитить ткани тела.
Также, используя напечатанную аэрогелевую мембрану, исследователи сконструировали «термомолекулярный» газовый насос, который работает без каких-либо движущихся частей («насос Кнудсена»). Принцип действия основан на ограниченном переносе газа в сети наноразмерных пор или одномерных каналов, стенки которых горячие с одного конца и холодные с другого. Команда построила такой насос из аэрогеля, который с одной стороны был покрыт наночастицами оксида марганца черного цвета. Когда на него направляют источник света, насос нагревается на темной стороне и начинает перекачивать газы или пары растворителя.
Такой насос, который приводится в действие исключительно солнечным светом, может не только перекачивать воздух, но и очищать его. Если в воздухе есть загрязняющие вещества или токсины – например, растворитель толуол, – воздух может циркулировать через мембрану несколько раз, и загрязняющее вещество химически разрушается в результате реакции, катализируемой наночастицами оксида марганца.
[Фото: EMPA]
