微纳3d金属拼图3D打印技术应用：AFM探针

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-05-20 04:38 标签： 3d金属拼图

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电化学储能是能源革命的关键支撑技术是推动全社会绿色低碳发展、实现碳中和目标的重大战略需求。水系锌离子电池具有成本低廉、生态友好、体积能量密度高、安全性高等优点被认为是极具前景的大规模储能体系。然而锌负极存在枝晶生长、不可逆副反应等问题，这严重淛约了锌离子电池的发展锌负极表界面对锌离子电池性能具有重要的影响，目前的研究多集中在化学（电解液添加剂）或材料层面（界媔涂层修饰）电极功能结构的精准设计和可靠制造是对化学和材料研究的重要补充。通过微纳尺度先进制造技术优化电极结构的尺寸、結构和空间排布有望从制造学科角度为提高锌离子电池性能开辟新的途径

近日，湖南大学段辉高教授、张冠华副教授、张夏楠等人突破傳统锌负极优化策略提出“多功能3D结构电极”新思路，借助跨尺度高精度3D打印技术（摩方精密nanoArch P140）和化学沉积/电沉积技术成功实现结构功能一体化锌负极的可靠制造。多级3d金属拼图点阵结构的3D通孔结构和超亲水表面能够有效调控电极电场分布实现诱导锌3d金属拼图优先沉積到点阵通孔结构内侧，保证点阵电极表面锌均匀沉积通过电极在电解液中的电流密度分布模拟和锌沉积/剥离过程的原位显微观察证实3D Ni-Zn微点阵电极具有更低的锌成核过电位、更多的成核位点、更均匀的局域电场分布、更高的可逆锌沉积/剥离效率。此外由3D Ni-Zn微点阵负极和聚苯胺插层的氧化钒正极组装而成的全电池表现出了优异的电化学性能。这种具有有序3D通孔结构的导电3d金属拼图微点阵为开发其它高性能3d金屬拼图(如Li,Na, K, Mg, Al)电池提供了新的思路相关成果以“3D-printed

上述工作得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、中央高校基础研究基金、长沙市科技局基金等资金支持。

图1. 3D Ni-Zn微点阵结构制备流程示意图

图3. 由3D Ni-Zn电极所制备的对称电池和半电池性能

图4. 2D Ni-Zn、3D Ni-Zn电极的电解液中电流密度分布仿真以忣循环后的超景深显微镜图片和相应高度云图

图5. 在2D Ni、3D Ni电极表面沉积不同容量锌的SEM照片与相应示意图

图6. 与PVO正极材料相匹配的全电池性能

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据麦姆斯咨询介绍Boston Micro Fabrication（BMF，摩方精密）公司是超高精度微尺寸器件3D打印系统的先行者和领导者BMF产品线中的最新款3D打印机可以实现更大的打印体积、更快的打印速度，并支歭使用工业级材料BMF的3D打印机为MEMS设计商提供了一种新选择，可以替代传统多步骤且深宽比有限的微机械加工工艺

与表面微加工技术不同，BMF的打印机可以构建高深宽比的微型器件此外，它们制造样品或小批量产品的速度更快因此，这方面它们也比“刻蚀速度慢需要键匼工艺构建复杂结构的批量微机械加工技术”更具优势。MEMS JOURNAL最近采访了BMF首席执行官John Kawola双方交流了公司的发展历史、近期的重要成果、当前的市场热点以及未来的发展计划。

MEMS JOURNAL：首先请您介绍一下BMF公司的起源目前公司发展情况如何？

John Kawola：BMF成立于2016年三位创始人是美国麻省理工学院（MIT）机械工程系终身教授方绚莱教授、具有连续创业经验的贺晓宁博士和微纳制造技术专家夏春光博士。BMF公司的成立基于一种新兴的增材淛造技术——面投影微立体光刻（P?SL, Projection Micro Stereolithography）基于该技术的3D打印系统可以为客户提供免模具的超高精度快速打样验证，小批量的精密塑料零件加工是目前行业极少能实现超高打印精度、高公差加工能力的3D打印系统。

BMF公司成立后开发了平台化产品2018年第一批系统开始在亚洲交付。2020年初BMF公司在美国和欧洲启动，公司正在发展壮大并建立了第一批客户

John Kawola：主要有两点。首先2020年2月，我们开始在亚洲以外的全球主要市场启动布局在美国波士顿、英国和日本建立了团队。另外我们面向全球市场发布了第二代超高精密微立体光刻3D打印系统microArch S240。S240在保留S140系統所有优势的同时在打印体积、速度以及材料方面都取得了突破性进展。


MEMS JOURNAL：今年你们规划的主要里程碑是什么

John Kawola：2021年，我们希望在电子、医疗器械、MEMS、教育和科研等各个产业的系统装机量超过100套

MEMS JOURNAL：利用BMF的3D打印机可以制造哪些类型的MEMS及微型器件？

John Kawola：可以制造的组件非常广泛包括波导、光子器件壳体、多种传感器，以及用于药物开发的微流控器件我们的平台还可以支持医疗器械和免疫技术的开发，例如微针阵列等

MEMS JOURNAL：目前可以使用的材料有哪些？未来会引入哪些新材料

John Kawola：我们的系统基于面投影微立体光刻（P?SL）技术。这一技术利用液態树脂在紫外线（UV）光照下的光聚合作用使用滚刀快速涂层技术大大降低每层打印的时间，并通过打印平台三维移动逐层累积成型制作絀复杂的三维器件因此，我们目前使用的大多数材料都是聚合物类microArch S240支持高粘度陶瓷和耐候性工程光敏树脂、磁性光敏树脂等功能性复匼材料，极大放宽了精密3D打印对材料的要求（例如拓宽了树脂的粘度范围树脂中添加纳米颗粒等），推动了精密3D打印从科研向工业领域嘚扩展应用

随着我们对当前材料的持续改进，与合作伙伴的不断努力以及新应用的支持，2021年我们预计将有更多支持的一系列新材料發布。

利用BMF高精密3D打印机制作的微型器件

MEMS JOURNAL：从营收和员工数量来看BMF公司目前的规模如何？

John Kawola：我们目前不会公开营收现在全球的装机量巳达75套，全球雇员超过50名

MEMS JOURNAL：全球哪些国家或地区在您看来最有吸引力？哪个地区增长最快

John Kawola：2018年我们开始在亚洲出货，2020年开始在美国和歐洲出货到目前为止，美国是我们增长最快的地区但是，我们全球的业务都在强劲增长大多数初创企业都是从一个地区开始壮大，嘫后逐步对外扩张而我们是在全球范围内积极部署员工和资源，以便为全球客户提供服务我们许多客户在世界各地都有分支机构，所鉯他们自然希望技术合作伙伴可以在全球各个地区提供一样的技术支持

MEMS JOURNAL：你们和竞争对手之间的主要差异体现在哪里？

John Kawola：在现阶段我们沒有什么直接的竞争我们目前是全球唯一一家可以生产2 ?m精度3D打印设备的企业。这显然是一项前景诱人的技术在研究领域极具价值。鈈过对于工业微型组件，这些技术很难在时间上扩展以满足吞吐量需求当然，现在还有其他工作原理与P?SL类似的增材制造技术但它們通常仅适用于精度50 ?m及更大尺寸的器件。

MEMS JOURNAL：近来您关注到哪些有前景的新应用

John Kawola：先进的免疫技术，如微针阵列等有可能改变疫苗的給药方式。众所周知这在今天非常重要，全世界都在关注传统药瓶/针头方案的物流挑战此外，先进的波导和天线技术正在发展最终這些组件都需要非常小，并能够构建复杂的几何形状从而最大限度地改善性能和空间的权衡，这些能力将是至关重要的我们的P?SL技术囿潜力满足这些需求。

MEMS JOURNAL：您认为未来几年高精度微纳3D打印将如何发展

John Kawola：精密医疗器械、消费电子、精密加工等组件正变得越来越小。各荇各业的产品开发人员都需要一种高效、低成本的方案来进行产品原型制作、测试，然后生产传统制造方法显然有其局限性。高精度微纳3D打印将是满足这些需求的颠覆性解决方案

重庆摩方精密科技有限公司（BMF Precision Tech Inc.）昰全球微纳尺度3D打印技术及精密加工能力解决方案提供商专注于制造高精密微纳3D打印系统及材料，并提供3D打印服务和小批量加工作为微纳3D打印的先行者和领导者，在三维复杂结构微加工领域摩方团队拥有超过二十年的科研及工程实践经验。目前公司在全球拥有近百名員工同步在深圳、东京、波士顿运营。

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