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相同技術(shù)沉積少量高能材料(爆炸物，推進劑和煙火)的方法。

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

“精力充沛的材料是一個相當被理解的領(lǐng)域，增材制造領(lǐng)域也是如此，”普渡大學機械工程學院博士生Allison Murray說，他建造了定制噴墨打印機。“這個項目的獨特之處在于這兩個領(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劑進行展開。但隨著設(shè)備變小，對微觀能量學的需求變得更加重要。

“我們的解決方案是在印刷它們時將兩個組件結(jié)合起來，” 機械工程教授，項目首席研究員Jeff Rhoads說。“我們可以在兩個獨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，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挑戰(zhàn)。”

另一個挑戰(zhàn)是：設(shè)計一臺可以精確沉積這些液滴的機器。默里的機器將噴嘴靜止，并在其下方移動一個階段，以形成所需的任何形狀。“舞臺可以以0.1微米的精度移動，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)生一個很好的響亮的沖擊波。”

該項目已發(fā)表在 “應(yīng)用物理學報”上，由10名研究人員和4名來自不同機械工程學科的教師組成。Rhoads研究微機電系統(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，推進劑和煙火等高能材料。

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