3D打印图案化离子膜为膜技术发展插上翅膀

日前，美国宾夕法尼亚州立大学（PennState）的研究人员研发出有了一种新型3D打印机技术，该技术需要在世界上首次较慢原型和测试聚合物膜，并将其打印机成各种图案以提升性能。　　据理解，溶胶膜在许多类型的能源应用于中具有普遍的应用于，比如可用作燃料电池和某些电池，以及水净化、海水淡化、重金属除去和食品加工等。

一般来说，目前的大多数溶胶膜都是一种薄薄的平板，有点类似于我们厨房里的保鲜膜。但是，最近的研究指出，通过在其2D的膜表面上创立出有3D结构，就可以经常出现有意思的流体力学特性，从而提升离子传输能力或者减低污染，这是在许多膜应用于中常常要面临的一个相当严重问题。

　　目前，要制作这些具有3D图案结构的膜（也被称作异形膜），牵涉到到一种非常艰巨的工艺，即在一个硅胶模具上必要光刻出所须要的图案，然后铸铁以聚合物并等候其硬化。这个过程既耗时又便宜，而且不能分解一种图案形式。

　　我们指出，如果我们需要用于3D打印机技术来生产我们自定义制备的溶胶膜，那么我们就慢可以生产出有任何一种图案，而且生产过程不会迅速。宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程副教授MichaelHickner说道。

　　Hickner是这项研究的负责人，他的团队早已于2016年6月2日将该研究成果公开发表在了美国化学学会的杂志《ACSAppliedMaterialsandInterfaces》，论文题目为《阴离子互相交换膜微图案的3D打印机（3DPrintingofMicro-patternedAnionExchangeMembranes）》Hickner的团队称之为他们研发的这种自定义3D光刻打印机工业与当前少见的一种被称作光固化（SLA）的3D打印机工艺类似于。该团队研发出有了一种可光固化的离子聚合物混合物，并将该混合物曝露在一台光投影仪之下硬化其基层，随后将设计好的图案感应并选择性地烧结在其表面上。据信，这种表面图案需要减少膜的电导率多达13个数量级（factor）。

　　这种膜在电池或者燃料电池中起着电阻的起到。Hickner说道：如果能将其电阻减少1至3个数量级的话，你知道不会获得某种很简单的东西。

　　该项研究的第一作者，材料科学与工程博士研究生JihoSeo补足道：虽然以前我们也曾研究过膜表面的图案，但是这次是我们第一次3D打印机出有了这些结构的样品，而且它也是第一个确实展现出出有电阻正在以某种定量的方式减少的模型。我们只需一个非常简单的并联电阻模型就可以叙述这些图案在减少这些新型膜的电阻方面充分发挥的影响。这一方法带来了我们一个设计工具，可以老大我们不断创新，设计出有新的图案，以更进一步改良材料的内在化学特性。

　　据报，未来该研究团队将之后优化他们3D打印机的离子膜的几何和化学特性，以及理解如何打印机新的材料，即在聚合物膜之外目前为止未曾被打印机过的材料。　　我们想在基础化学和材料科学之间架起桥梁，这就必须展开工程研发和较慢设计递归，在这方面3D打印机技术十分简单。

Hickner总结说道。

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