Naukowcy Purdue tworzą miniaturową falę uderzeniową z niestandardową atramentową drukarką 3D i materiałami energetycznymi

Allison Murray, który zbudował niestandardową drukarkę atramentową i jest doktorantem w dziedzinie inżynierii mechanicznej, powiedział: "Materiały wysokoenergetyczne to dość rozumiana dziedzina, podobnie jak produkcja addytywna. Unikalność tego projektu polega na przecięciu tych dwóch pól i możliwości bezpiecznego deponowania materiałów energetycznych z takim poziomem precyzji. "

Ponieważ nasze urządzenia są coraz mniejsze, krytyczne zapotrzebowanie na materiały energetyczne poziom mikro rośnie, a wraz z nim potrzeba zachowania bezpieczeństwa procesu. Właśnie dlatego badania takie jak te, które odbywają się w Purdue, które były finansowane częściowo z dotacji z DOD's Defense Threat Reduction Agency, stają się coraz ważniejsze.

"Naszym rozwiązaniem jest połączenie dwóch komponentów, tak jak my". ponownie je wydrukować. Możemy mieć paliwo i utleniacz w dwóch oddzielnych zawiesinach, które są w dużej mierze obojętne "- wyjaśnił główny badacz projektu i profesor inżynierii mechanicznej Jeff Rhoads. "Dzięki tej niestandardowej drukarce atramentowej możemy je osadzić w określonym nakładającym się wzorze, łącząc je na podłożu tworząc nanotermit."

Technologia druku atramentowego 3D, określana również jako natryskiwanie spoiwem, jest bardzo wszechstronny i może być stosowany do osadzania szerokiej gamy materiałów, takich jak przeciwciała, ceramika i metal. Jedną z trudności, które napotkał Purdue, było zaprojektowanie maszyny, która mogłaby pracować z bardzo małymi ilościami.

"Mówimy o picolitrach materiału. Wyzwanie polegało na uzyskaniu właściwej objętości kropli i odpowiedniego wzoru "- powiedział Murray.

Zespół musiał także upewnić się, że niestandardowa drukarka 3D do drukarek atramentowych będzie w stanie precyzyjnie umieścić małe kropelki i osiągnąć to za pomocą maszyny trzyma dyszę w spokoju, podczas gdy scena poniżej porusza się, tworząc pożądany kształt.

Murray powiedział: "Scena może się poruszać z precyzją 0,1 mikrona, co jest w zasadzie tysięczną szerokość ludzkiego włosa. "

Naukowcy opublikowali artykuł na temat wyników ich projektu, zatytułowany" Dwuskładnikowe addytywne wytwarzanie struktur nanotermicznych za pomocą reaktywnego druku atramentowego "w Journal of Applied Physics; współautorami są Murray, Tugba Isik, Volkan Ortalan, I. Emre Gunduz, Steven F. Son, George T.-C. Chiu i Rhoads.

Streszczenie brzmi: "Z myślą o poprawie bezpieczeństwa odkładania materiałów energetycznych przy jednoczesnym poszerzeniu zakresu materiałów kompatybilnych z drukowaniem atramentowym, ta praca demonstruje zastosowanie kombinatorycznego drukowania atramentowegodo osadzania materiałów energetycznych. Dwie w dużej mierze obojętne koloidalne zawiesiny nano glinowego i tlenku nanokapsu (II) w dimetyloformamidzie z poliwinylopirolidonem kolejno nakładano na podłoże stosując piezoelektryczny druk atramentowy. Materiały osadzono w taki sposób, że kropelki aluminium i tlenku miedzi (II) byłysiadowały ze sobą i zachodziły na siebie, aby umożliwić mieszanie komponentów na miejscu. Naprzemienne nakładanie powtórzono, aby utworzyć próbkę z wieloma warstwami materiałów energetycznych. Wydajność energetyczną badano następnie na próbkach drukowanych za pomocą 3, 5 i 7 warstw materiałów za pomocą iskrownika. To zdarzenie zapłonu zaobserwowano w przypadku kamery o wysokiej prędkości i porównano z reprezentatywnymi próbkami wydrukowanymi ze wstępnie mieszanego nanotermitu. Szybkie obrazowanie termiczne potwierdziło wniosek, że maksymalna temperatura reakcji dla porównywalnych próbek wydrukowanych techniką podwójnej dyszy była nominalnie o 200 K mniejsza niż próbek wydrukowanych za pomocą pojedynczej dyszy. Skaningowe obrazy z transmisyjnego mikroskopu elektronowego potwierdziły twierdzenie, że składniki materiału były porównywalnie mieszane z pojedynczymi i podwójnymi technikami dysz. Ta praca udowadnia wykonalność reaktywnego drukowania atramentowego jako środka do osadzania materiałów energetycznych z dwóch w dużej mierze bezwładnych zawiesin. W ten sposób otwiera drzwi dla bezpieczniejszego obchodzenia się z materiałami i opracowania szerokiej gamy materiałów energetycznych, które wcześniej uznano za niekompatybilne z drukowaniem atramentowym. "

Mieszanina drobno sproszkowanego aluminium i tlenku żelaza, znana jako termit jest często używany w bombach zapalających, ponieważ może on wytwarzać bardzo wysokie temperatury podczas spalania. Łącząc tlenek nano-glinowy i tlenek nanopowłokowy z rozpuszczalnym w wodzie polimerem PVP, naukowcy byli w stanie wykorzystać niestandardową drukarkę 3D Murraya do osadzenia nanotronitu, który reaguje z taką samą prędkością i mocą jak tradycyjne termity.

Murray powiedział: "Pali się na poziomie 2500 kelwinów (ponad 4000 stopni Fahrenheita). Generuje dużo siły ciągu, dużo ciepła i sprawia, że ​​jest niezła gromada fala uderzeniowa! "

Wiele razy ludzie z różnych dyscyplin i działów spotykają się w jednym celu, aby projekt był udany. Dziesięciu badaczy i czterech członków wydziału z różnych dziedzin inżynierii mechanicznej przyczyniło się do wysiłków badawczych związanych z drukowaniem atramentowym 3D, w tym Rhoads, który studiuje systemy mikro-elektromechaniczne, ekspert od drukowania atramentowego Chiu oraz Gunduz iSyn, który obaj studiują materiały energetyczne w Zucrow Labs Purdue, największego uniwersyteckiego laboratorium napędowego w Stanach Zjednoczonych.

"Jest to cechą charakterystyczną Purdue, że profesorowie z tak różnych środowisk mogą pracować razem nad takim projektem. Możemy połączyć wszystkie nasze doświadczenia, aby współpracować nad technologiami, które wcześniej nie były możliwe do zrealizowania "- powiedział Rhoads.