超高效3D打印催化劑可以幫助解決高超音速飛機過熱的挑戰，并為無數行業的熱管理提供革命性的解決方案。由澳洲皇家墨爾本理工大學（RMIT）研究人員開發的這種高度通用的催化劑制造成本低且易于擴展。

該團隊的實驗室演示表明，3D打印催化劑或可能用于高超音速飛行器，幫助超音速飛行中冷卻。首席研究員Selvakannan Periasamy博士說，他們的工作解決了高超音速飛機開發過程中最大的挑戰之一，控制飛機以超過音速五倍的速度飛行時產生的難以置信的熱量。

■作為NASA Hyper-X計劃的一部分開發的X-43A高超音速研究飛行器，在2004年創造了航空歷史，記錄的速度超過 9.6馬赫或超過10000公里/小時

Periasamy表示，“我們的實驗室測試表明，我們開發的3D打印催化劑推動高超音速飛行的未來發展，功能強大且高效，它們為航空及其他領域的熱管理提供了令人興奮的潛在解決方案。隨著技術的進步，他希望這種新一代超高效3D打印催化劑可用于解決任何工業領域面臨的過熱挑戰。

對速度的追求

只有少數實驗飛機達到了高超高音速5馬赫以上，每小時超過6100公里或每秒1.7 公里）。理論上，一架高超音速飛機可以在4小時內從倫敦飛到悉尼，但高超音速航空旅行的發展仍然存在許多挑戰，例如飛行中產生的極端高溫。

博士研究員Roxanne Hubesch 表示，使用燃料作為冷卻劑是解決過熱問題最有希望的實驗方法之一。“在為飛機提供動力的同時能夠吸收熱量的燃料是科學家們關注的重點，但這個想法依賴于需要高效催化劑的耗熱化學反應。”Hubesch說。此外，由于高超音速飛機的體積和重量限制非常嚴格，燃料與催化劑接觸的熱交換器必須盡可能小。

為了制造新的催化劑，該團隊3D打印了由金屬合金制成的微型熱交換器，并在其表面涂上稱為沸石的合成礦物。研究人員在實驗室規模上模擬在高超音速下所經歷的極端溫度和壓力，以測試設計的可行性。

■3D打印催化劑的一系列實驗設計

微型化學反應器

當3D打印結構升溫時，一些金屬進入沸石框架，這一過程對于新催化劑前所未有的效率至關重要。“我們的3D打印催化劑就像微型化學反應器，使它們如此有效的原因是金屬和合成礦物的混合物，”Hubesch說，“對于催化而言，這是一個令人興奮的發展方向，但我們需要更多的研究以充分了解這個過程，同時確定金屬合金的最佳組合。”

RMIT先進材料和工業化學中心研究團隊下一步將通過使用X射線，同步加速器技術和其他深入分析方法研究3D打印催化劑并使之優化。先進材料和工業化學中心主任、教授Suresh Bhargava談到，價值數萬億美元的化學工業主要基于舊的催化技術。第三代催化技術可以與3D打印相結合，創造出以前無法實現的新的復雜設計。

新型3D打印催化劑代表了一種全新的方法，具有徹底改變未來全球催化劑行業的潛力。3D 打印催化劑是研究人員使用激光粉末床融合生產的。Bhargava和Milan Brandt教授是數字制造設施的負責人，他們將3D打印催化劑和化學反應器設計的想法概念化。RMIT增材制造中心的Maciej Mazur博士表示，這項工作是通過跨學科合作實現創新的一個有力例子。