中國粉體網(wǎng)訊 超音速飛機(jī)能以幾倍于音速的速度飛行，未來從美國到澳大利亞只需要短短幾個(gè)小時(shí)。但要實(shí)現(xiàn)超音速需要克服重重難題，其中一項(xiàng)就是散熱。目前，科學(xué)家希望防止它們過熱的一種方法就是讓推進(jìn)劑同時(shí)作為冷卻劑來使用，使飛機(jī)在天空中飛行時(shí)保持安全的工作溫度。
新開發(fā)的 3D 打印催化劑可能是一個(gè)新的突破口，實(shí)驗(yàn)室測試顯示它們?nèi)绾文軌蛴|發(fā)必要的化學(xué)反應(yīng)以實(shí)現(xiàn)高效吸熱。
雖然高空的寒冷溫度足以使商用飛機(jī)不會過熱，但對于以超過 6100 公里/小時(shí)（3790 英里/小時(shí)）的超音速飛行的飛機(jī)來說，情況就不同了，飛機(jī)和外界空氣之間的摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量。自 20 世紀(jì) 60 年代以來，研究人員探討了通過所謂的內(nèi)熱燃料來解決這一問題的想法，內(nèi)熱燃料將同時(shí)作為推進(jìn)劑和飛機(jī)的主要冷卻劑。
在這種情況下，某種熱交換器將從升溫的部件中獲取熱量，并將其轉(zhuǎn)移到冷卻的碳?xì)浠衔锶剂现�。�?dāng)該燃料升溫并達(dá)到一定溫度時(shí)，它會引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，將碳?xì)浠衔锓纸獬筛唵蔚膯卧�，然后可用于推進(jìn)。
澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)的第一作者 Roxanne Hubesch 說：“能夠在為飛機(jī)提供動力的同時(shí)吸收熱量的燃料是科學(xué)家們關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)，但是這個(gè)想法依賴于需要高效催化劑的耗熱化學(xué)反應(yīng)。此外，燃料與催化劑接觸的熱交換器必須盡可能小，因?yàn)楦叱羲亠w機(jī)在體積和重量上受到嚴(yán)格限制”。
為了尋找這個(gè)問題的解決方案，Hubesch 和她的同事們使用 3D 打印技術(shù)來生產(chǎn)由金屬合金制成的晶格結(jié)構(gòu)，這些金屬合金被涂上了稱為沸石（zeolites）的合成礦物。該團(tuán)隊(duì)將這些結(jié)構(gòu)描述為微型化學(xué)反應(yīng)器，并將其置于實(shí)驗(yàn)室測試中，旨在模仿燃料在高超音速下所承受的極端溫度和壓力。這表明，隨著結(jié)構(gòu)的加熱，一些金屬，最可能是鉻，遷移到沸石框架中，導(dǎo)致"前所未有的催化活性"。
Hubesch 表示：“我們的3D打印催化劑就像微型的化學(xué)反應(yīng)器，使它們?nèi)绱肆钊穗y以置信地有效的原因是金屬和合成礦物的混合。這是一個(gè)令人興奮的催化新方向，但我們需要更多的研究來充分了解這個(gè)過程，并確定金屬合金的最佳組合，以獲得最大的影響”。
該團(tuán)隊(duì)以實(shí)驗(yàn)形式生產(chǎn)了各種3D打印的催化劑，但在我們看到它們在下一代飛機(jī)上工作之前還有很多工作要做�？茖W(xué)家們現(xiàn)在將使用 X 射線同步輻射技術(shù)和其他方法來更詳細(xì)地研究它們的功能并優(yōu)化它們的性能。
首席研究員 Selvakannan Periasamy 博士說：“我們的實(shí)驗(yàn)室測試表明，我們開發(fā)的 3D 打印催化劑對推動未來的超音速飛行有很大的希望，強(qiáng)大而高效，它們?yōu)楹娇諛I(yè)的熱管理提供了一個(gè)令人興奮的潛在解決方案--甚至更多。隨著進(jìn)一步的發(fā)展，我們希望這種新一代的超高效3D打印催化劑可以被用來改變?nèi)魏芜^熱的工業(yè)難題”。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《化學(xué)通訊》雜志上。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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