De lo microscópico a lo macroscópico: El maravilloso mundo de la espuma Metals
Imagínese una pieza de metal con una intrincada red de poros, en la que el aire ocupa más de 90% del espacio: este es el uNique estructura de los metales espumados. Ésta es la estructura única del metal espumado. Conserva la gran solidez y resistencia a la corrosión del metal, pero gracias a la estructura porosa ha adquirido características ultraligeras (densidad de sólo 1/5 del metal convencional) y una gran superficie específica. Esta característica de “flexibilidad y rigidez” lo convierte en un “bloque de construcción universal” en manos de los científicos: ajustando la porosidad y la configuración del esqueleto (por ejemplo, panal Kelvin biomimético, estructura Gyroid helicoidal), es posible personalizar las propiedades de conductividad térmica, absorción de energía, catálisis, etc., como para distintos escenarios y aplicaciones. Ajustando la porosidad (por ejemplo, panal Kelvin, estructura Gyroid helicoidal), podemos personalizar las propiedades de conductividad térmica, absorción de energía, catálisis, etc., como si creáramos una “capa de metal” a medida para distintos escenarios.
Gestión térmica: pisar el acelerador de la energía
En los tanques de almacenamiento de calor de las centrales solares y los paquetes de baterías de los coches eléctricos, los metales espumosos están reescribiendo silenciosamente las reglas de la transferencia de calor. Los materiales tradicionales de cambio de fase (como la parafina) pueden almacenar calor, pero debido a su escasa conductividad térmica y su “acción lenta”. La adición de espuma de metal, como si en el material de almacenamiento de calor pavimentado un entrecruzamiento de “autopista conductividad térmica” - el esqueleto de metal rápida absorción de calor, poros en el material de cambio de fase de almacenamiento de calor eficiente, los dos colaboran, la conductividad térmica se disparó en más de 10 veces. El estudio muestra que el tiempo de fusión del material de cambio de fase compuesto de espuma metálica con estructura Gyroid es 31% más corto que el de la estructura tradicional, y la configuración Primitive es aún más “simple y brutal” en términos de eficiencia de conductividad térmica. En el futuro, con los poros biónicos diseñados con precisión por la tecnología de impresión 3D, este tipo de material puede convertirse en el “corazón de almacenamiento de energía” en la era de la energía verde.
En la enseñanza: el “mago” en el laboratorio de química
En las aulas de química de los institutos, la espuma metálica se está transformando en un “arma mágica experimental”. Un trozo de espuma de níquel doblado en el electrodo será capaz de ampliar el tiempo de descarga de la pila de combustible de hidróxido de 14 segundos a 67 segundos - sólo porque los poros bloquean más gas; espiral rizado de espuma de cobre catalizada por la oxidación de etanol, la velocidad de reacción debido a la superficie de contacto aumento y se duplicó; aún mejor, cargado de dióxido de titanio de espuma de níquel en la luz ultravioleta “Danza”, sólo 1 hora será la concentración de formaldehído de 0,7 mg / m³ hasta 0,08 mg / m³, la tasa de eliminación de casi 90%. Estos experimentos no sólo hacen “visibles y tangibles” las teorías abstractas, sino que también siembran la semilla de la innovación material en el corazón de los jóvenes estudiantes.
Reducción del ruido y seguridad: el “guardián invisible” en la ciudad
En el ajetreo de la ciudad, la espuma metálica desempeña silenciosamente el papel de “guardián silencioso”. Espuma de aluminio de células abiertas laberinto-como los poros tragar las ondas sonoras, se convierten en una sala de conciertos, estación de tren de alta velocidad herramienta de reducción de ruido, y en el parachoques del coche, espuma de aluminio, tales como “bolsas de aire de metal” como amortiguación de absorción de energía, la colisión absorbe la energía que el metal ordinario 30% superior. Lo más sorprendente es que este tipo de material puede incluso ser utilizado para la construcción a prueba de explosiones - el uso de espuma de aluminio estructura compuesta, resistiendo con éxito la onda de choque de explosión, para el diseño de seguridad para abrir una nueva dimensión.
El futuro ya está aquí: La impresión 3D reconfigura el gen de los materiales.
Los poros de la espuma metálica tradicional son como enredaderas que crecen de forma natural, aleatoria e incontrolable. Hoy en día, la tecnología de fabricación aditiva por láser está acabando con esta limitación. Los científicos como “programas de escritura” como el diseño de Gyroid, IWP, y otras estructuras biomiméticas, de modo que la disposición de los poros como la precisión de nido de abeja; combinado con la tecnología de relleno de nano-partículas, también crear una “conductividad térmica + almacenamiento de energía” de doble optimizado super materiales compuestos. Quizá dentro de poco podamos personalizar una pieza de estructura porosa con una APP de teléfono móvil, e imprimir espuma metálica en tiempo real para adaptarla a diferentes escenarios: desde la capa de aislamiento térmico de naves espaciales hasta la pared silenciosa de casa, todo es posible.
