日前，美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員開發(fā)出了一種新型3D打印技術，該技術能夠在世界上首次快速原型和測試聚合物膜，并將其打印成各種圖案以提高性能。據(jù)了解，離子交換膜在許多類型的能源應用中有著廣泛的應用，比如可用于燃料電池和某些電池，以及水凈化、海水淡化、重金屬去除和食品加工等。一般來說，目前的大多數(shù)離子交換膜都是一種薄薄的平板，有點類似于我們廚房里的保鮮膜。但是，最近的研究表明，通過在其2D的膜表面上創(chuàng)建出3D結構，就可以出現(xiàn)有趣的流體力學特性，從而提高離子傳輸能力或者減輕污染，這是在許多膜應用中經(jīng)常要面對的一個嚴重問題。

目前，要制作這些帶有3D圖案結構的膜(也被稱為異形膜)，涉及到一種相當繁重的工藝，即在一個硅膠模具上直接刻蝕出所需的圖案，然后澆鑄以聚合物并等待其硬化。這個過程既耗時又昂貴，而且只能生成一種圖案形式。Hickner是這項研究的負責人，他的團隊已經(jīng)于2016年6月2日將該研究成果發(fā)表在了美國化學學會的雜志《ACSAppliedMaterialsandInterfaces》，論文題目為《陰離子交換膜微圖案的3D打印(3DPrintingofMicro-patternedAnionExchangeMembranes)》Hickner的團隊稱他們開發(fā)的這種自定義3D光刻打印工業(yè)與當前常見的一種被稱為光固化(SLA)的3D打印工藝類似。該團隊開發(fā)出了一種可光固化的離子聚合物混合物，并將該混合物暴露在一臺光投影儀之下硬化其基層，隨后將設計好的圖案投射并選擇性地固化在其表面上。據(jù)稱，這種表面圖案能夠增加膜的電導率多達1—3個數(shù)量級(factor)。

“這種膜在電池或者燃料電池中起到電阻的作用。”Hickner說：“如果能將其電阻降低1至3個數(shù)量級的話，你真的會得到某種很有用的東西。”該項研究的第一作者，材料科學與工程博士研究生JihoSeo補充道：“雖然以前我們也曾研究過膜表面的圖案，但是這次是我們第一次3D打印出了這些結構的樣品，而且它也是第一個真正表現(xiàn)出電阻正在以某種定量的方式降低的模型。我們只需一個簡單的并聯(lián)電阻模型就可以描述這些圖案在降低這些新型膜的電阻方面發(fā)揮的影響。這一方法帶給了我們一個設計工具，可以幫我們不斷創(chuàng)新，設計出新的圖案，以進一步改進材料的內(nèi)在化學特性。據(jù)悉，未來該研究團隊將繼續(xù)優(yōu)化他們3D打印的離子膜的幾何和化學特性，以及了解如何打印新的材料，即在聚合物膜之外迄今從未被打印過的材料。

超聲波金屬3D打印技術