PμSL微納3D打印技術在能源領域的進展

隨著世界進入一個供應鏈彈性和可持續性的新時代，國際能源格局發生重大變化。能源系統正在從化石能源絕對主導向低碳多能融合方向轉變，這一變革推動了能源科技和產業的國際競爭，并催生了新的產業和業態。同時，能源技術開發的最新動態也預示著未來全球能源發展趨勢。

01 能源領域的增材制造：市場分析與預測

在當前的全球科技與產業競爭中，世界各國都將能源技術視為關鍵的突破口，全力推動新一輪科技和產業革新。其中能源生產系統非常復雜多樣，而3D打印技術在小批量產品快速制造、復雜零部件制造領域頗具優勢，可以生產加工出極其精密的關鍵部件。

根據Additive Manufacturing (AM) Research最新發布的報告，到2032年，能源領域的增材制造市場預計將高達170億美元。該報告深入研究了3D打印在石油與天然氣、核能以及可再生能源等能源領域的應用，并預測到2024年，整個能源領域的增材制造收入將達到33億美元。

02 微納3D打印技術在新能源領域的應用

隨著全球供應鏈進入一個更加靈活和可持續的新階段，新能源領域對3D打印技術的需求顯著增加，讓我們來看一看具體有哪些方面的應用。

有序多孔結構的催化劑

來自復旦大學的團隊成功制備了一系列高效、低成本的周期性三維結構催化劑。基于精細的三維結構來優化催化劑的比表面積和氣泡傳輸功能，與無序泡沫結構相比，所制的整體式催化劑在298和318 K下的催化性能分別提高了2.3和1.6倍，且理化特性不發生改變；以及產氫速率分別為2548和3885 mL gcat-1min-1。該研究結果為構建高效整體式催化劑開辟了新的思路。

該團隊使用采用摩方精密microArch®S240（精度：10 μm）3D打印設備，制備有序多孔結構的催化劑基底。基于這種制備策略，有助開發高活性的整體式催化劑，用于各類氣體生成的非均相催化過程中。

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金屬微點陣助力高性能鋅離子電池

湖南大學段輝高教授、張冠華副教授、張夏楠等人突破傳統鋅負極優化策略，提出“多功能3D結構電極"新思路，借助跨尺度高精度3D打印技術（nanoArch® P140，精度：10μm）和化學沉積/電沉積技術成功實現結構功能一體化鋅負極的可靠制造。

此外，由3D Ni-Zn微點陣負極和聚苯胺插層的氧化釩正極組裝而成的全電池表現出了優異的電化學性能。這種具有有序3D通孔結構的導電金屬微點陣為開發其它高性能金屬(如Li,Na, K, Mg, Al)電池提供了新的思路。

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三維功能化水凝膠器件

哈利法大學的張鐵軍教授團隊提出了一種新型的三維功能化水凝膠器件制備方法。該團隊利用摩方精密nanoArch® S130（精度：2μm)設備實現了水凝膠的高精度3D打印，并將金屬鹽離子引入到水凝膠單體混合物p(NIPAm-co-PEGDA)中，最終獲得具有高吸光性能的含氧化鐵納米顆粒 (Fe3O4NPs)水凝膠太陽能蒸發器。

該制備方法成功解決了3D打印復合材料中的多重問題，例如不均勻的顆粒分布、團聚、固化光的散射及其帶來的打印質量和分辨率惡化。利用該方法制成的復合水凝膠結構表現出了優異的光吸收性能和快速毛細力水傳輸性能，在非聚光情況下實現了5.12kgm-2h-1的超高水蒸發率。

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3D打印仿生太陽能蒸發器

湖南大學王兆龍課題組利用面投影微立體光刻技術（nanoArch® P140，精度：10μm）制備了仿生微通道及水凝膠蒸發器樣品。在經過處理后，形成了富含碳納米顆粒的多孔水凝膠網絡結構及仿生微通道的復合蒸發器結構。在毛細力的作用下，液體會從微通道底部輸運到水凝膠網絡中，在太陽光的照射下水凝膠在碳納米顆粒的光熱作用下迅速升溫而將水快速蒸發，最終實現太陽能蒸發器吸水和蒸發的動態平衡。

03 3D打印技術，能源轉型的下一個出口

能源技術是決定全球能源未來的重要因素之一，能源技術的發展方向更是關系能源戰略全局的關鍵棋子。

把握世界能源科技綠色低碳、智能、高效、多元的發展方向，合理規劃建設清潔低碳、安全高效現代能源體系的中長期愿景和目標，并利用微納3D打印等高新技術和產業路線圖指導技術研發和產業創新，這也許就是能源轉型的下一個出口。