下一代3D打印催化剂推动高超音速飞行

超高效的3D打印催化剂可以帮助解决高超音速飞机过热的挑战，并为无数行业的热管理提供革命性的解决方案。

由RMIT的研究人员开发，这种高度通用的催化剂制造成本低且易于扩展。

该团队的实验室演示表明，3D打印催化剂有可能用于为高超音速飞行提供动力，同时冷却系统。

该研究发表在英国皇家化学学会期刊《化学通讯》上。

首席研究员SelvakannanPeriasamy博士说，他们的工作解决了高超音速飞机开发过程中最大的挑战之一：控制飞机以超过音速五倍的速度飞行时产生的难以置信的热量。

“我们的实验室测试表明，我们开发的3D打印催化剂有望为高超音速飞行的未来提供燃料，”佩里亚萨米说。

“功能强大且高效，它们为航空及其他领域的热管理提供了令人兴奋的潜在解决方案。

“随着进一步的发展，我们希望这种新一代的超高效3D打印催化剂可用于改造任何过热是一个永远存在挑战的工业过程。”

需要速度

只有少数实验飞机达到了高超音速(定义为5马赫以上——每小时超过6,100公里或每秒1.7公里)。

理论上，一架高超音速飞机可以在四小时内从伦敦飞往悉尼，但高超音速航空旅行的发展仍然存在许多挑战，例如极端高温。

第一作者和博士研究员RoxanneHubesch表示，使用燃料作为冷却剂是解决过热问题最有希望的实验方法之一。

“在为飞机提供动力的同时能够吸收热量的燃料是科学家们关注的重点，但这个想法依赖于需要高效催化剂的耗热化学反应，”Hubesch说。

“此外，由于高超音速飞机的体积和重量限制非常严格，燃料与催化剂接触的热交换器必须尽可能小。”

为了制造新的催化剂，该团队3D打印了由金属合金制成的微型热交换器，并在其上涂上称为沸石的合成矿物。

研究人员在实验室规模上复制了燃料在高超音速下所经历的极端温度和压力，以测试他们设计的功能。

微型化学反应器

当3D打印结构升温时，一些金属进入沸石框架——这一过程对于新催化剂前所未有的效率至关重要。

“我们的3D打印催化剂就像微型化学反应器，使它们如此有效的原因是金属和合成矿物的混合物，”Hubesch说。

“这是催化的一个令人兴奋的新方向，但我们需要更多的研究来充分了解这个过程并确定金属合金的最佳组合以产生最大的影响。”

RMIT先进材料和工业化学中心(CAMIC)研究团队的下一步包括通过使用X射线同步加速器技术和其他深入分析方法研究3D打印催化剂来优化3D打印催化剂。

研究人员还希望将这项工作的潜在应用扩展到车辆和微型设备的空气污染控制，以改善室内空气质量——尤其是在管理等空气传播呼吸道病毒方面尤为重要。

CAMIC主任、杰出教授SureshBhargava说，价值数万亿美元的化学工业主要基于旧的催化技术。

Bhargava说：“这第三代催化可以与3D打印相结合，创造出以前不可能实现的新的复杂设计。”

“我们新的3D打印催化剂代表了一种全新的方法，具有彻底改变全球催化未来的真正潜力。”

3D打印催化剂是在RMIT先进制造区的数字制造设施中使用激光粉末床融合(L-PBF)技术生产的。

Bhargava和杰出教授MilanBrandt是数字制造设施的负责人，他们将3D打印催化剂和化学反应器设计的想法概念化。

研究合著者、来自RMIT增材制造中心的MaciejMazur博士表示，这项工作是通过跨学科合作实现创新的一个有力例子。

“将增材制造与化学科学相结合产生了开创性的成果，”马祖尔说。

“3D打印的开放金属框架结构上的沸石：金属迁移到沸石中促进了飞行器吸热燃料的催化裂化”发表在化学通讯上。

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