发布日期：2025-04-27 浏览：28
UCF 理学院和佛罗里达太空研究所的研究人员发现了多项与碳 3D 打印相关的成果，包括生物医学应用和效率提升。
UCF 物理学教授劳伦·特塔德和佛罗里达太空研究所的研究教授理查德·布莱尔带领的研究团队发现，可在室温下生产出坚固的碳微纤维和纳米纤维，并将其应用到他们研发的一种独特 3D 打印工艺中。
该团队发表在《自然通讯》上的研究表明，含硼催化剂在光照条件下能够将碳氢化合物分解为其组成元素，例如氢和碳。布莱尔表示，尽管碳打印技术并不罕见，但他们的团队意外地发现了一种足够温和的方法，可以在易受损材料（如棉布）上打印碳纤维。
“令人兴奋的是，我们实际上是在室温下 3D 打印碳结构，”布莱尔说。“以前也有人做过这件事，但通常是在非常高温度下。我们能够在低得多的温度下做到这一点，甚至可以在像织物这样的柔性材料上打印。”
他说道，这并非该团队最初的研究重点，他们原本是在研究将丙烯转化为丙烷的催化剂。通过用激光分析暴露于丙烯气体的催化剂表面，研究人员期望深入了解所研究的反应。
已获得物理学博士学位的 UCF 毕业生费尔南多·托雷斯·达维拉在进行光谱分析时，注意到激光下出现了黑点，最初这些黑点被归因于催化剂表面的分解。然而，经过进一步调查，这些标记被证实是丙烯吸附在表面分解后形成的碳。
“我们意识到没有催化剂分解路径能够形成这些黑点，”布莱尔说。“我们正在将气体分解为其组成成分：氢和碳。”
合作对该过程至关重要。布莱尔表示，在特塔德的帮助下，他们能够像某些类型的 3D 打印机一样，用激光创造出三维碳结构。“我们在观察氢的成分，我的同事特塔德博士注意到，当她聚焦激光时，会形成有趣的形状，”他说。“她将激光从表面向上移动，形状就会随着激光生长。”
“我们的团队在工作中密切合作。我的团队主要侧重于利用纳米成像和光谱工具对小尺度进行操作和理解这些过程。这与所有其他作者和贡献者的努力相得益彰。每个作者和贡献者都带来了他们在利用 3D 打印技术进行碳生长这一特殊项目中的独特见解。”特塔德说，“催化对于实现社会所需的许多化学转化至关重要。在当今背景下，无需大量能源消耗就能生产碳至关重要。这种方法使用了由布莱尔博士设计的催化剂，启用了一种新型催化过程，减少了生长碳所需的能量。我们工作的结果之一是，用碳 3D 打印结构成为可能，为许多新应用打开了大门。”
布莱尔还表示，除了发现可持续且坚韧的碳生长外，还发现这些碳结构具有导电性并且与生物相容。“这些碳结构可以与生物系统对接，而不会杀死它们。我们已经看到，用这些材料制成的电极可以插入活细胞中，而不会导致细胞死亡。这使得能够实时监控细胞的电过程。它还可能实现电子系统和生物系统之间的直接对接。”
“这个项目一直很令人喜爱，因为我们观察到了许多意外过程，”特塔德说。“展开所有细节很具挑战性，但也很有回报。我们仍在研究这个项目，以展示碳生长过程中其他方面的过程，并探索碳产品的特性。没有本科生和研究生，这一切研究都无法完成，他们在项目的实现中发挥了关键作用。”
粤公网安备44190002007368号
