PμSL微納3D打印技術(shù)在能源領(lǐng)域的進展

隨著世界進入一個供應(yīng)鏈彈性和可持續(xù)性的新時代，國際能源格局發(fā)生重大變化。能源系統(tǒng)正在從化石能源絕對主導(dǎo)向低碳多能融合方向轉(zhuǎn)變，這一變革推動了能源科技和產(chǎn)業(yè)的國際競爭，并催生了新的產(chǎn)業(yè)和業(yè)態(tài)。同時，能源技術(shù)開發(fā)的最新動態(tài)也預(yù)示著未來全球能源發(fā)展趨勢。

01 能源領(lǐng)域的增材制造：市場分析與預(yù)測

在當(dāng)前的全球科技與產(chǎn)業(yè)競爭中，世界各國都將能源技術(shù)視為關(guān)鍵的突破口，全力推動新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革新。其中能源生產(chǎn)系統(tǒng)非常復(fù)雜多樣，而3D打印技術(shù)在小批量產(chǎn)品快速制造、復(fù)雜零部件制造領(lǐng)域頗具優(yōu)勢，可以生產(chǎn)加工出極其精密的關(guān)鍵部件。

根據(jù)Additive Manufacturing (AM) Research最新發(fā)布的報告，到2032年，能源領(lǐng)域的增材制造市場預(yù)計將高達(dá)170億美元。該報告深入研究了3D打印在石油與天然氣、核能以及可再生能源等能源領(lǐng)域的應(yīng)用，并預(yù)測到2024年，整個能源領(lǐng)域的增材制造收入將達(dá)到33億美元。

02 微納3D打印技術(shù)在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著全球供應(yīng)鏈進入一個更加靈活和可持續(xù)的新階段，新能源領(lǐng)域?qū)?D打印技術(shù)的需求顯著增加，讓我們來看一看具體有哪些方面的應(yīng)用。

有序多孔結(jié)構(gòu)的催化劑

來自復(fù)旦大學(xué)的團隊成功制備了一系列高效、低成本的周期性三維結(jié)構(gòu)催化劑?；诰?xì)的三維結(jié)構(gòu)來優(yōu)化催化劑的比表面積和氣泡傳輸功能，與無序泡沫結(jié)構(gòu)相比，所制的整體式催化劑在298和318 K下的催化性能分別提高了2.3和1.6倍，且理化特性不發(fā)生改變；以及產(chǎn)氫速率分別為2548和3885 mL gcat-1min-1。該研究結(jié)果為構(gòu)建高效整體式催化劑開辟了新的思路。

該團隊使用采用摩方精密microArch®S240（精度：10 μm）3D打印設(shè)備，制備有序多孔結(jié)構(gòu)的催化劑基底?；谶@種制備策略，有助開發(fā)高活性的整體式催化劑，用于各類氣體生成的非均相催化過程中。

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金屬微點陣助力高性能鋅離子電池

湖南大學(xué)段輝高教授、張冠華副教授、張夏楠等人突破傳統(tǒng)鋅負(fù)極優(yōu)化策略，提出“多功能3D結(jié)構(gòu)電極"新思路，借助跨尺度高精度3D打印技術(shù)（nanoArch® P140，精度：10μm）和化學(xué)沉積/電沉積技術(shù)成功實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化鋅負(fù)極的可靠制造。

此外，由3D Ni-Zn微點陣負(fù)極和聚苯胺插層的氧化釩正極組裝而成的全電池表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。這種具有有序3D通孔結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電金屬微點陣為開發(fā)其它高性能金屬(如Li,Na, K, Mg, Al)電池提供了新的思路。

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三維功能化水凝膠器件

哈利法大學(xué)的張鐵軍教授團隊提出了一種新型的三維功能化水凝膠器件制備方法。該團隊利用摩方精密nanoArch® S130（精度：2μm)設(shè)備實現(xiàn)了水凝膠的高精度3D打印，并將金屬鹽離子引入到水凝膠單體混合物p(NIPAm-co-PEGDA)中，最終獲得具有高吸光性能的含氧化鐵納米顆粒 (Fe3O4NPs)水凝膠太陽能蒸發(fā)器。

該制備方法成功解決了3D打印復(fù)合材料中的多重問題，例如不均勻的顆粒分布、團聚、固化光的散射及其帶來的打印質(zhì)量和分辨率惡化。利用該方法制成的復(fù)合水凝膠結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了優(yōu)異的光吸收性能和快速毛細(xì)力水傳輸性能，在非聚光情況下實現(xiàn)了5.12kgm-2h-1的超高水蒸發(fā)率。

2200682

3D打印仿生太陽能蒸發(fā)器

湖南大學(xué)王兆龍課題組利用面投影微立體光刻技術(shù)（nanoArch® P140，精度：10μm）制備了仿生微通道及水凝膠蒸發(fā)器樣品。在經(jīng)過處理后，形成了富含碳納米顆粒的多孔水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及仿生微通道的復(fù)合蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)。在毛細(xì)力的作用下，液體會從微通道底部輸運到水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，在太陽光的照射下水凝膠在碳納米顆粒的光熱作用下迅速升溫而將水快速蒸發(fā)，最終實現(xiàn)太陽能蒸發(fā)器吸水和蒸發(fā)的動態(tài)平衡。

03 3D打印技術(shù)，能源轉(zhuǎn)型的下一個出口

能源技術(shù)是決定全球能源未來的重要因素之一，能源技術(shù)的發(fā)展方向更是關(guān)系能源戰(zhàn)略全局的關(guān)鍵棋子。

把握世界能源科技綠色低碳、智能、高效、多元的發(fā)展方向，合理規(guī)劃建設(shè)清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系的中長期愿景和目標(biāo)，并利用微納3D打印等高新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)路線圖指導(dǎo)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，這也許就是能源轉(zhuǎn)型的下一個出口。