噴墨印刷的鋁熱劑可安全地沉積高能材料

研究人員開發(fā)了一種使用與噴墨打印機(jī)相同技術(shù)沉積少量高能材料(爆炸物，推進(jìn)劑和煙火)的方法。

這項(xiàng)研究結(jié)合了Purdue在能量材料和增材制造方面的專業(yè)知識(shí)，使高能材料能夠以前所未有的精度和安全性進(jìn)行沉積。

“精力充沛的材料是一個(gè)相當(dāng)被理解的領(lǐng)域，增材制造領(lǐng)域也是如此，”普渡大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院博士生Allison Murray說，他建造了定制噴墨打印機(jī)。“這個(gè)項(xiàng)目的獨(dú)特之處在于這兩個(gè)領(lǐng)域的交叉，能夠以這種精確度安全地存放能量材料。”

許多微機(jī)械系統(tǒng)在其操作中結(jié)合了能量材料。例如，汽車安全氣囊使用少量固體推進(jìn)劑進(jìn)行展開。但隨著設(shè)備變小，對(duì)微觀能量學(xué)的需求變得更加重要。

“我們的解決方案是在印刷它們時(shí)將兩個(gè)組件結(jié)合起來，” 機(jī)械工程教授，項(xiàng)目首席研究員Jeff Rhoads說。“我們可以在兩個(gè)獨(dú)立的懸浮液中加入燃料和氧化劑，這些懸浮液很大程度上是惰性的。然后，使用這種定制噴墨打印機(jī)，我們可以將兩者以特定的重疊圖案沉積，將它們組合在基材上形成納米熱量。”

“我們談?wù)摰氖瞧た说牟牧希?rdquo;默里說。“獲得正確的液滴體積和正確的模式是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。”

另一個(gè)挑戰(zhàn)是：設(shè)計(jì)一臺(tái)可以精確沉積這些液滴的機(jī)器。默里的機(jī)器將噴嘴靜止，并在其下方移動(dòng)一個(gè)階段，以形成所需的任何形狀。“舞臺(tái)可以以0.1微米的精度移動(dòng)，這基本上是人類頭發(fā)寬度的千分之一，”她說。

由此產(chǎn)生的納米熱反應(yīng)與傳統(tǒng)方式應(yīng)用的熱反應(yīng)一樣快速和有力。

“它以2,500開爾文[超過4,000華氏度]燃燒，”穆雷說。“它產(chǎn)生大量的推力，大量的熱量，并產(chǎn)生一個(gè)很好的響亮的沖擊波。”

該項(xiàng)目已發(fā)表在 “應(yīng)用物理學(xué)報(bào)”上，由10名研究人員和4名來自不同機(jī)械工程學(xué)科的教師組成。Rhoads研究微機(jī)電系統(tǒng); George Chiu是噴墨打印專家; 和Emre Gunduz和Steve Son在Zucrow Labs工作，研究爆炸物，推進(jìn)劑和煙火等高能材料。

“這是普渡大學(xué)的一個(gè)定義特征，來自不同背景的教授可以在這樣的項(xiàng)目上合作，”Rhoads說。“我們可以將我們所有的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來，共同開發(fā)以前無法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。”