Nanoscale 3D Dréckerei ass méi no bei der Realitéit

Nanoscale 3D Dréckerei ass d'Fäegkeet fir Objekter ze 3D Drécken an Nanometer gemooss. Als Beispill ginn et 1,000,000 Nanometer an 1 Millimeter. Fir d'Gréisst oder d'Feele dovun besser ze verstoen, sollte mir d'Gréisst vun engem mënschlechen Hoer referenzéieren, wat 75,000-100,000 Nanometer am Duerchmiesser ass.

Entdeckt Nano-Skala 3D Dréckerei

Dëse mikroskopesche Skala Host ass eng ganz Rëtsch vu potenziellen Industrie-Stéierungsprodukter, vu méi klenge Computerchips an 1 PC gedréckte Computerboards bis nanoskala Metalldeeler déi Plaz fir méi séier Laden / Entladungsfäegkeete fir Batterien ginn.

Dësen Duerchbroch wäert d'Effizienz verbesseren an d'Produktivitéit vu méi klengen Deeler erhéijen.

Industrien wéi Mikroelektronik, Nanorobotik, a Sensortechnologien profitéiere vun der Fäegkeet fir op sou enger Nanoskala ze kreéieren ouni d'Genauegkeet ze kompromittéieren. Zu dëser Zäit Universitéiten uechter Amerika ënnersicht verschidde Weeër fir op enger Nano-Skala ze drécken wärend d'Genauegkeet déi hir jeweileg Industrien erfuerderen behalen.

Verschidde vun dësen Instituter fokusséiere sech op Fortschrëtter an elektreschen Technologien, anerer hunn hir Aen op Nano-Drockmethoden gesat, déi photochemesch Reaktiounen notzen, dorënner d'Immobiliséierung vu Proteinen, Glykanen oder Genen. 

Nanoskala gedréckte syntheteschen Materialien a Plastik hunn laang vun der Fäegkeet profitéiert fir op dëser Skala ze drécken, et ass nëmmen an de viregte 2-3 Joer datt d'Wëssenschaftler Duerchbréch gemaach hunn fir Metallobjekter genau op dës Gréisst ze drécken.

3D Dréckerei Metal op dëser Skala erméiglecht d'Wëssenschaftler en Objet Atom fir Atom ze sammelen. 

Nanoscale 3D Dréckerei Léisungen 

Dr Dmitry Momotenko, deen de Junior Fuerschungsgrupp bei der Institut fir Chimie, mengt datt dës Technologie säin Team erlaabt 3D-Batterien ze drécken, déi mat Tariffer iwwer 1000x méi séier wéi déi aktuell konkurrierende Technologien oplueden an entlaascht. E puer vu sengen Aussoen enthalen: "Wann dat haut erreecht ka ginn EV'S bannent Sekonnen gelueden".

D'Zil ass d'Weeër tëscht Ionen an der Batteriezell exponentiell ze verkierzen. Nanoscale 3D Dréckerei erlaabt sengem Team dës 20 Joer al Iddi ze iwwerpréiwen an der Hoffnung datt d'Batterie intern Strukturen 3D drécke kënnen op eng Manéier déi Elektronen gläichzäiteg duerch d'ganz Zell passéiere kann, versus vun engem duerchzegoen. Säit vun der Zell op déi aner.

Mat der Fäegkeet fir präzis Metallstrukturen bis 25 Mikron ze drécken souwuel nAnorobotik (Nanoscale Mikrochips) a Mikroelektronik stinn gläich vun dëser Technologie ze profitéieren.

Nanoscale 3D Dréckerspäicher Technologien 

Chemiker Liaisan Khasanova an der Universitéit Oldenburg ass Aufgab fir de spezialiséierten Düsentipp ze kreéieren deen néideg ass fir op Nanoskala ze drécken. Ugefaange mat engem gewéinleche Silika-Glasröhre gëtt en 1mm décke Kapillärröhre mat enger bloer Flëssegkeet agesat. Wann Elektrizitéit applizéiert gëtt, fënnt eng Reaktioun statt, déi zu engem haarden Knall resultéiert. De Röhre gëtt dann ewechgeholl an e Lach opgedeckt kleng genuch fir hir Ufuerderungen z'erreechen. "E Laserstrahl am Apparat erhëtzt de Röhre an zitt se auserneen. Da vergréissere mir op eemol d'Trennkraaft, sou datt d'Glas an der Mëtt brécht an e ganz scharfen Tipp entsteet." erkläert d'Khasanova, déi un hirer Ph.D. an der Chimie an der Electrochemical Nanotechnology Group an der Universitéit Oldenburg, Däitschland.

An der Uni Wechloy Campus, de Labo huet 3 Dréckeren déi intern gebaut a programméiert sinn op hir exakt Normen. Ähnlech am Konzept wéi haut Konsumenten 3D Dréckeren, awer mat engem klengen Ënnerscheed - d'Gréisst.

Dës Drécker konzentréiere sech op Genauegkeet, mat grousse Granitbasen, déi mat Schaum geschicht sinn, fir bei der Reduktioun vu Schwéngungen ze hëllefen, déi vum Drockprozess erstallt ginn. Dës Schrëtt hëllefe bei der präzis Kontroll vum 3D Drécker, wat zu méi héijer Genauegkeet op méi kleng Skalen resultéiert. Konventionell Pudder-baséiert Metal 3D Dréckerspäicher sinn nëmme kapabel vun Mikron-Niveau Resolutiounen, e Gréisst Ënnerscheed vun 1000x.  

D'Ëmfeld vum Drécker gëtt och berücksichtegt, d'Team huet d'Luuchten an hirem Laboratoire berücksichtegt wéinst elektromagnetescher Interferenz. Si benotze Batterie-ugedriwwen Luuchten fir ze hëllefen dat elektromagnéitescht Feld ze isoléieren, deen duerch ofwiesselnd Stroum generéiert gëtt.

E klenge Bléck op Metall Nanostrukturen

Nano-Skala gedréckte Plastikmoleküle ginn einfach a strukturell Formen manipuléiert wéinst hirem Mangel u Kraaft a manner Hëtzttoleranzen. Déi formbar Natur vu Plastik bitt de Wëssenschaftler d'Fäegkeet fir de Plastik a méi kleng Formen ze manipuléieren. Dës Liichtegkeet huet zu de meeschte rezente Fortschrëtter an der Drocktechnologie gefouert.

Am Verglach erfuerdert Metall Nanoskala 3D Dréckerei méi streng Toleranzen a méi héich Resistenz géint Hëtzt a Verschleiung. Dës Dréckeren erfuerdert rezent Fortschrëtter vu raffinéierten Drockalgorithmen bis nei erfonnt Dréckerspëtzer fir kleng korrekt Drécker z'erméiglechen. 

De Moment ass d'Team fäeg mat Kupfer, Sëlwer, Nickel, Nickel-Mangan a Nick-Kobaltlegierungen ze schaffen. Dr Momotenko an e Team vu Fuerscher waren erfollegräich fir Kupferspiralsäulen 25 Nanometer oder 195 Kupferatome grouss ze kreéieren als Deel vun hiren Studien publizéiert am Journal of Nanotechnologies 2021. Mat enger Method, déi vum Dr Momotenko a sengem Kolleg Julian Hengsteler erstallt gouf, gëtt e Feedbackmechanismus a Verbindung mam Extrusiounskop benotzt fir de Réckzuchsprozess ze vermëttelen, deen erfuerderlech ass fir d'Düse ze verhënneren, datt d'Mëtt-Print verstäerkt. D'Drécker huelen eng Schicht gläichzäiteg mat enger Geschwindegkeet vun e puer Nanometer pro Sekonn. 

3D Drécken Nanoskala Kupfersäulen. Foto Kredit un Nano Bréiwer.

Zäit ass vun der Essenz

Drécke flaach Spiralobjekter léint gutt fir d'Fortschrëtter vun der Batterielagerung an der Produktioun. Et kontrolléiert d'Nanostrukturen op eng Manéier déi et erlaabt datt d'Protone séier a gläichméisseg duerch d'Batterie passéieren. Dëst resultéiert zu verstäerkte Batterien Ladungsraten an Entladungsraten.

Dëst wäert d'Industrie profitéieren, déi op Energielagerung ofhängeg sinn, vun EV Batterien, bis Off-Grid Haiser, oder d'Späicherfuerderunge vun Dateserverfarmen, déi ni offline kënne goen wéinst engem Stroumnetzfehler.

Éischt kënnt Risiko

Fir d'Risiken, déi mat der Produktioun vu Lithium-Ion-Batterien verbonne sinn, ze reduzéieren, gi spezialiséiert versiegelte Kammeren mat engem positiven Drock-inert Argongas gefëllt. Gréisst fir den Drécker an engem inert Ëmfeld ze hosten, ass d'Kammer 10 Fouss laang a weegt bal 1000 lbs.

Wéi wäert d'Batterie d'Hëtzt verwalten, déi duerch seng Reaktioun produzéiert gëtt, wann se op voll Kapazitéit gelueden ass? "Engersäits schaffe mir un der Chimie déi néideg ass fir aktiv Elektrodenmaterial op der Nanoskala ze produzéieren; op der anerer, mir probéieren d'Drécktechnologie un dës Materialien unzepassen," seet den Dokter Momotenko.

Da kënnt de Fortschrëtt

Vertrauen op existéierend Elektroplatéierungstechnologien, konnten se dës Method adaptéieren (positiv gelueden Kupferionen mat enger negativ gelueden Elektrode an der Salzléisung). Déi Extrusioun tip d'Team entwéckelt huet erlaabt hinnen 3D Drécken op Nanoscale, am Verglach mat aktuellen Pudder-baséiert 3D Dréckerspäicher datt bis Mikro limitéiert sinn.

Batterie Technologie ass nëmmen den éischte Gebrauch Fall, Dr Momotenko huet aner fett Konzepter am Kapp. Hie plangt dës Drécktechnologie ze benotzen fir op e méi jonkt Gebitt genannt Spintronik ze kapitaliséieren, wat d'Fäegkeet zielt fir "Spin" ze manipuléieren - eng quantummechanesch Eegeschafte vun Elektronen.

Hie plangt och Sensoren ze fabrizéieren déi fäeg sinn eenzel Molekülen z'entdecken. Dëst géif hëllefen Alzheimer z'entdecken, notoresch fir seng fraktiouns Quantitéite vu Biomarker. 

Och no der Entwécklung vun dëser Technologie, bleift d'Team beandrockt iwwer d'Fäegkeet Objekter ze kreéieren déi mënschlecht Auge net fäeg sinn ouni Hëllef ze gesinn.