科学家3D打印适用人造卫星的高精度等离子体传感器

科学家3D打印适用人造卫星的高精度等离子体传感器据报道，目前，美国麻省理工学院最新研制3D打印精准等离子体传感器，该设备成本较低，且易于制造，这些数字化设备可以帮助科学家预测天气或者研究气候变化。该等离子体传感器也被称为“延迟电位分析仪(RPAs)”,被人造卫星等轨道航天器用于确定大气化学成分和离子能量分布。3D打印、激光切割流程制造的半导体等离子体传感器，由于该过程需要无尘环境，导致半导体等离子体传感器成本昂贵，且需要几个星期的复杂制造过程。相比之下，麻省理工学院最新研制的等离子体传感器仅需几天时间制造，成本几十美元。由于成本较低、生产速度快，这种新型传感器是立方体卫星的理想选择，立方体卫星成本低廉、低功率且重量轻，经常用于地球上层大气的通信和环境监测。该研究团队使用比硅和薄膜涂层等传统传感器材料更有弹性的玻璃陶瓷材料研制了新型等离子体传感器，通过在塑料3D打印过程中使用玻璃陶瓷，能够制造出形状复杂的传感器，它们能够承受航天器在近地轨道可能遇到的巨大温度波动。研究报告资深作者、麻省理工学院微系统技术实验室(MTL)首席科学家路易斯·费尔南多·委拉斯奎兹-加西亚(LuisFernandoVelasquez-Garcia)说：“增材制造会在未来太空硬件领域产生重大影响，一些人认为，当3D打印一些物体时，必须认可其性能较低，但我们现已证明，情况并非总是这样。”目前这项最新研究报告发表在近期出版的《增材制造杂志》上。多功能传感器等离子体传感器首次用于太空任务是1959年，它能探测到漂浮在等离子体中的离子或者带电粒子的能量，等离子体是存在于地球上层大气中的过热分子混合物。在立方体卫星这样的轨道航天器上，等离子体传感器可以测量能量变化，并进行化学分析，从而有助于科学家预测天气或者监测气候变化。该传感器包含一系列布满小孔的带电网格，当等离子体通过小孔时，电子和其他粒子将被剥离，直到仅剩下离子，当这些离子产生电流，传感器将对其进行测量和分析。等离子体传感器应用成功的关键是对齐网格的孔状结构，它必须具有电绝缘性，同时能够承受温度的剧烈波动，研究人员使用一种可3D打印的玻璃陶瓷材料——Vitrolite，它满足以上特性。据悉，Vitrolite材料最早出现于20世纪初，常应用于彩色瓷砖设计中，成为装饰艺术建筑中最常见的材料。持续耐用的Vitrolite材料可承受高达800摄氏度的高温而不分解，而集成电路结构的等离子体传感器中的高分子材料会在400摄氏度时开始熔化。加西亚说：“当工作人员在无尘室中制造这种传感器时，他们不会有相同的自由度来定义材料和结构，以及它们是如何相互作用，但这可能促成增材制造的最新发展。”重新认识等离子体传感器的3D打印过程陶瓷材料3D打印过程通常涉及到激光轰击陶瓷粉末，使其融合成为各种形状结构，然而，由于激光释放的高热量，该制造过程往往会使材料变得粗糙，并产生瑕疵点。然而，麻省理工学院的科学家在该制造进程中使...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307479.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307479.htm

本应运往垃圾填埋场的咖啡渣现在可被转化为3D打印原材料

本应运往垃圾填埋场的咖啡渣现在可被转化为3D打印原材料用咖啡渣制成的材料打印的各种物品他与大学同事合作，研制出一种由干咖啡渣、纤维素粉和黄原胶与水混合而成的糊状物。所有这些成分都是食品安全且可堆肥的。科学家们对现有的3D打印机进行了改造，添加了一个充满糊剂的注射器，以及将糊剂输送到构建板的塑料管。利用这种设置，Rivera的团队能够打印花盆、珠宝甚至一次性浓缩咖啡杯等物体。更重要的是，当将活性炭添加到混合物中时，该材料变得导电。3D打印机沉积浆料来打印花盆据报道，印刷后的浆料干燥后，其硬度与未加固的混凝土差不多。也就是说，如果由这种材料制成的物品损坏或不再需要，可以简单地将其磨回粉末并用于打印新物品。此外，如果将其放入地下，该材料将会生物降解。这意味着用这种物质制成的花盆可以用来种植西红柿等植物的幼苗，然后当植物长到足够高时，只需将植物放在土壤中即可。最近发表在《2023年ACM设计交互系统会议论文集》杂志上的一篇论文描述了这项研究。废弃咖啡渣的其他可能用途包括将其转化为碳捕获材料、生物燃料成分和污水气体过滤器。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383463.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383463.htm

MIT研究人员为卫星打造了首个纯数字化制造的等离子体传感器

MIT研究人员为卫星打造了首个纯数字化制造的等离子体传感器麻省理工学院(MIT)的科学家们为卫星创造了第一个完全数字化制造的等离子体传感器。这些等离子体传感器也被称为迟钝电位分析器(RPA)，被在轨航天器用来确定大气层的化学成分和离子能量分布。3D打印和激光切割的硬件的性能表现跟最先进的半导体等离子体传感器一样好。由于制造过程需要一个洁净室，所以半导体等离子体传感器非常昂贵且需要数周的复杂制造。相比之下，这些3D打印的传感器可以在几天内以几十美元的价格生产。由于其低成本和快速生产，新传感器是CubeSats的理想选择。这些廉价、低功耗和轻量级的卫星通常用于地球高层大气的通信和环境监测。研究小组使用一种玻璃陶瓷材料开发了RPA，这种材料比硅和薄膜涂层等传统传感器材料更就有弹性。通过在为塑料3D打印而开发的制造工艺中使用玻璃陶瓷，他们能建造具有复杂形状的传感器，进而能够承受航天器在低地球轨道上遇到的巨大温度波动。“增材制造可以为未来的太空硬件带来巨大的变化。有些人认为，当你3D打印东西时，你必须让步于较低的性能。但我们已经证明，情况并非总是如此，”MIT微系统技术实验室MTL()的首席科学家LuisFernandoVelásquez-García指出。他是一篇介绍等离子体传感器的论文的第一作者。跟Velásquez-García一起撰写论文的还有MTL博士后JavierIzquierdo-Reyes、研究生ZoeyBigelow及博士后NicholasK.Lubinsky。该研究已发表在《AdditiveManufacturing》上。多用途传感器早在1959年，RPA就被首次用于太空任务中。传感器检测漂浮在等离子体中的离子或带电粒子的能量，等离子体则是存在于地球高层大气中的分子的过热混合物。在像CubeSat这样的轨道航天器上，这些多功能的仪器测量能量并进行化学分析，这可以帮助科学家预测天气或监测气候变化。这些传感器包含一系列带电的网状物，上面点缀着小孔。当等离子体通过这些孔时，电子和其他粒子被剥离，直到只剩下离子。这些离子产生电流，传感器对其进行测量和分析。RPA成功的关键是对准网格的外壳结构。它必须是电绝缘的，与此同时也能承受温度的突然剧烈波动。研究人员使用了一种被称为Vitrolite的可打印的玻璃陶瓷材料，它具有这些特性。Vitrolite在20世纪初开创了先河，经常被用于彩色瓷砖，从而成为装饰艺术建筑中常见的景观。这种耐用的材料还可以承受高达800摄氏度的温度而不破裂，而用于半导体RPA的聚合物在400摄氏度时就开始融化。“当你在洁净室中制作这种传感器时，你没有同样的自由度来定义材料和结构及它们如何相互作用，”Velásquez-García说道，“使这成为可能的是增材制造的最新发展。”重新思考制造陶瓷的3D打印过程通常涉及陶瓷粉末--用激光将其熔化成形状。然而由于激光的高热，这一过程通常会使材料变得粗糙并产生薄弱点。相反，MIT的科学家们使用了大桶聚合，这是几十年前引入的用于聚合物或树脂的增材制造的工艺。在大桶聚合法中，通过将三维结构反复浸入液体材料的大桶中--在...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307137.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307137.htm

以色列开发出3D打印木结构：天然无污染 可用于制造家具

以色列开发出3D打印木结构：天然无污染可用于制造家具据央视新闻报道，以色列希伯来大学的研究人员近日开发出一种3D打印木质结构的新技术，可以让木头变得足够结实，未来可用于制造家具或建筑材料。传统的木制物品通常是通过锯切、雕刻、弯曲或压制等方式制作而成，而这种新技术能够通过3D打印的方式，通过编程自行打造复杂的3D形状。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1315627.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1315627.htm

金属/聚合物复合材料使3D打印的纳米结构更加坚固

金属/聚合物复合材料使3D打印的纳米结构更加坚固在一个称为双光子光刻的现有工艺中，激光被照射到液体树脂混合物中。只要该光束的最中心照射到其中一个纳米团块，就会发生化学反应，导致树脂在该特定区域变硬。因此，通过在树脂中精确地移动激光束，有可能建立起非常小而复杂的物体。当用这种特殊材料打印的晶格被测试时，发现它们能够吸收的能量是用其他常用材料打印的晶格的两倍。根据新复合材料制成的格子的类型，一些格子擅长承受重物而不变形，而另一些格子则擅长压扁变形吸收冲击力，然后弹回其原始的无损状态。在打印晶格时，金属纳米簇允许化学反应的发生比在其他利用不同类型的光敏分子的材料中要快得多。即使在复合材料中使用了一些不同的聚合物，也不难注意到这种效果--在一种情况下，当使用一种基于蛋白质的聚合物时，物品的打印速度比以前使用这种聚合物时快100倍。关于这项研究的一篇论文的通讯作者WendyGu助教说："现在人们对设计不同类型的3D结构以获得机械性能很感兴趣。我们在此基础上所做的是开发出一种真正善于抵抗力的材料，因此它不仅仅是三维结构，而且是提供非常好的保护的材料。"这篇论文最近发表在《科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336975.htm

受东部蓝鸟羽毛启发的新材料可用于构建更好的电池和滤水器

受东部蓝鸟羽毛启发的新材料可用于构建更好的电池和滤水器研究人员使用透明硅橡胶作为起始材料，将其置于油性溶液中，在加热到140°F（60°C）的烤箱中让其膨胀数天。然后将其冷却以降低液体的溶解度，并从油性溶液中提取橡胶。研究人员在显微镜下分析这种材料，查看其纳米结构在加工过程中发生了哪些变化，结果发现其网络结构与蓝鸟羽毛中的网络结构相似。唯一真正的区别是形成的通道的厚度；在羽毛中，通道的厚度约为200纳米，而在合成材料中，通道的厚度为800纳米。东部蓝鸟及其羽毛的微观结构（左）与合成材料及其结构（D）的对比（图片：Fernández-Rico在材料中形成新颖网络结构的关键是相分离。您可能在厨房里尝试混合油和醋制作沙拉酱时遇到过这种现象。摇晃时液体确实会混合，但停止摇晃后就会分离。不过，也可以使用另一种方法来混合油和醋：加热，然后冷却。研究人员在这里应用了这一原理，中断这一过程就能产生所需的通道。该研究的第一作者卡拉-费尔南德斯-里科（CarlaFernández-Rico）说："我们能够控制和选择条件，从而在相分离过程中形成通道。我们成功地在两相再次完全融合之前停止了这一过程"。用于制造新型合成材料的相分离过程Fernández-Ricoetal.研究人员使用这种方法制造出了几厘米大小的合成材料，而且这种材料是可扩展的。里科说："原则上你可以使用一块任意大小的橡胶塑料。不过也需要相应的大型容器和烤箱。"研究人员说，他们的新型材料已经引起了物理学界的兴趣："我们有一个仅由两种成分组成的简单系统，但最终获得的结构却非常复杂，并受成分特性的控制。一些理论小组已经与我们进行了接触，他们建议使用物理模型来理解这一新过程的关键物理原理，并预测其结果。"实际上，他们说这种材料有可能用于电池和滤水器。对于滤水器来说，如果使用通道式结构，表面积与体积的比例就会非常大，从而更有效地去除污染物。如果表面积不足，固体物质就会高速撞击滤料，导致过滤器表面膜或底层滤料过早降解。过滤面积不足还会增加通过系统的压降，导致能耗增加。电池电解液是电池内部的液体或糊状溶液，在阴极和阳极之间传输带正电的离子。电池随着时间的推移而失去充电能力或失效的原因之一是离子与电解液发生反应，导致电极发生物理接触并损坏电池。用这种材料制成的固体电解质可以避免电极之间的物理接触，同时保持电池中离子的良好传输。里科说："然而，该产品距离投放市场还有很长的路要走。橡胶材料既便宜又容易获得，而油性相却相当昂贵。这里需要一对不那么昂贵的材料"。研究人员计划改进这种材料，重点关注其可持续性。许多天然聚合物，如纤维素或甲壳素，其结构与我们工作中使用的橡胶相似。这项研究发表在《自然-材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401855.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401855.htm