超高效3D打印催化劑可以幫助解決高超音速飛機過熱的挑戰(zhàn)，并為無數(shù)行業(yè)的熱管理提供革命性的解決方案。由澳洲皇家墨爾本理工大學（RMIT）研究人員開發(fā)的這種高度通用的催化劑制造成本低且易于擴展。

該團隊的實驗室演示表明，3D打印催化劑或可能用于高超音速飛行器，幫助超音速飛行中冷卻。首席研究員Selvakannan Periasamy博士說，他們的工作解決了高超音速飛機開發(fā)過程中最大的挑戰(zhàn)之一，控制飛機以超過音速五倍的速度飛行時產生的難以置信的熱量。

■作為NASA Hyper-X計劃的一部分開發(fā)的X-43A高超音速研究飛行器，在2004年創(chuàng)造了航空歷史，記錄的速度超過 9.6馬赫或超過10000公里/小時

Periasamy表示，“我們的實驗室測試表明，我們開發(fā)的3D打印催化劑推動高超音速飛行的未來發(fā)展，功能強大且高效，它們?yōu)楹娇占捌渌I域的熱管理提供了令人興奮的潛在解決方案。隨著技術的進步，他希望這種新一代超高效3D打印催化劑可用于解決任何工業(yè)領域面臨的過熱挑戰(zhàn)。

對速度的追求

只有少數(shù)實驗飛機達到了高超高音速5馬赫以上，每小時超過6100公里或每秒1.7 公里）。理論上，一架高超音速飛機可以在4小時內從倫敦飛到悉尼，但高超音速航空旅行的發(fā)展仍然存在許多挑戰(zhàn)，例如飛行中產生的極端高溫。

博士研究員Roxanne Hubesch 表示，使用燃料作為冷卻劑是解決過熱問題最有希望的實驗方法之一?！霸跒轱w機提供動力的同時能夠吸收熱量的燃料是科學家們關注的重點，但這個想法依賴于需要高效催化劑的耗熱化學反應。”Hubesch說。此外，由于高超音速飛機的體積和重量限制非常嚴格，燃料與催化劑接觸的熱交換器必須盡可能小。

為了制造新的催化劑，該團隊3D打印了由金屬合金制成的微型熱交換器，并在其表面涂上稱為沸石的合成礦物。研究人員在實驗室規(guī)模上模擬在高超音速下所經歷的極端溫度和壓力，以測試設計的可行性。

■3D打印催化劑的一系列實驗設計

微型化學反應器

當3D打印結構升溫時，一些金屬進入沸石框架，這一過程對于新催化劑前所未有的效率至關重要。“我們的3D打印催化劑就像微型化學反應器，使它們如此有效的原因是金屬和合成礦物的混合物，”Hubesch說，“對于催化而言，這是一個令人興奮的發(fā)展方向，但我們需要更多的研究以充分了解這個過程，同時確定金屬合金的最佳組合?！?/p>

RMIT先進材料和工業(yè)化學中心研究團隊下一步將通過使用X射線，同步加速器技術和其他深入分析方法研究3D打印催化劑并使之優(yōu)化。先進材料和工業(yè)化學中心主任、教授Suresh Bhargava談到，價值數(shù)萬億美元的化學工業(yè)主要基于舊的催化技術。第三代催化技術可以與3D打印相結合，創(chuàng)造出以前無法實現(xiàn)的新的復雜設計。

新型3D打印催化劑代表了一種全新的方法，具有徹底改變未來全球催化劑行業(yè)的潛力。3D 打印催化劑是研究人員使用激光粉末床融合生產的。Bhargava和Milan Brandt教授是數(shù)字制造設施的負責人，他們將3D打印催化劑和化學反應器設計的想法概念化。RMIT增材制造中心的Maciej Mazur博士表示，這項工作是通過跨學科合作實現(xiàn)創(chuàng)新的一個有力例子。