Næste generations 3D-trykte katalysatorer til at drive hypersonisk flyvning

Ultraeffektive 3D-printede katalysatorer kan hjælpe med at løse udfordringen med overophedning i hypersoniske fly og tilbyde en revolutionerende løsning til termisk styring på tværs af utallige industrier.

Udviklet af forskere ved RMIT, de meget alsidige katalysatorer er omkostningseffektive at lave og enkle at skalere.

Holdets laboratoriedemonstrationer viser, at 3D -printede katalysatorer potentielt kan bruges til at drive hypersonisk flyvning, samtidig med at systemet afkøles.

Forskningen er offentliggjort i Royal Society of Chemistry journal, Kemisk kommunikation .

Lederforsker Dr. Selvakannan Periasamy sagde, at deres arbejde tacklede en af ​​de største udfordringer i udviklingen af ​​hypersoniske fly:at kontrollere den utrolige varme, der opbygges, når fly flyver med mere end fem gange lydens hastighed.

"Vores laboratorietests viser, at de 3D -trykte katalysatorer, vi har udviklet, har et stort løfte om at give næring til fremtiden for hypersonisk flyvning, "Sagde Periasamy.

"Kraftfuld og effektiv, de tilbyder en spændende potentiel løsning til termisk ledelse inden for luftfart - og videre.

"Med videre udvikling, Vi håber, at denne nye generation af ultraeffektive 3D-printede katalysatorer kan bruges til at transformere enhver industriel proces, hvor overophedning er en stadig nærværende udfordring. "

Behov for hastighed

Kun få eksperimentelle fly har nået hypersonisk hastighed (defineret som ovenfor Mach 5 - over 6, 100 km i timen eller 1,7 km i sekundet).

I teorien, et hypersonisk fly kunne rejse fra London til Sydney på fire timer, men mange udfordringer er stadig i udviklingen af ​​hypersonisk flyrejser, f.eks. de ekstreme varmeniveauer.

Første forfatter og ph.d. forsker Roxanne Hubesch sagde, at brug af brændstof som kølemiddel var en af ​​de mest lovende eksperimentelle metoder til overophedningsproblemet.

"Brændstoffer, der kan absorbere varme, mens de driver et fly, er et centralt fokus for forskere, men denne idé er afhængig af varmeforbrugende kemiske reaktioner, der har brug for yderst effektive katalysatorer, "Sagde Hubesch.

"Derudover varmevekslerne, hvor brændstoffet kommer i kontakt med katalysatorerne, skal være så små som muligt, på grund af de stramme volumen- og vægtbegrænsninger i hypersoniske fly. "

For at lave de nye katalysatorer, teamet 3D trykte små varmevekslere fremstillet af metallegeringer og dækkede dem med syntetiske mineraler kendt som zeolitter.

Forskerne replikerede i laboratorieskala de ekstreme temperaturer og tryk, som brændstoffet oplevede ved hypersoniske hastigheder, for at teste funktionaliteten af ​​deres design.

Miniature kemiske reaktorer

Når de 3D -printede strukturer varmes op, noget af metallet bevæger sig ind i zeolitrammen - en proces, der er afgørende for de nye katalysatorers hidtil usete effektivitet.

"Vores 3D -trykte katalysatorer ligner kemiske miniaturereaktorer, og det, der gør dem så utroligt effektive, er blandingen af ​​metal og syntetiske mineraler, "Sagde Hubesch.

"Det er en spændende ny retning for katalyse, men vi har brug for mere forskning for fuldt ud at forstå denne proces og identificere den bedste kombination af metallegeringer for den største effekt. "

De næste trin for forskergruppen fra RMIT's Center for Advanced Materials and Industrial Chemistry (CAMIC) omfatter optimering af 3D-printede katalysatorer ved at studere dem med røntgensynkrotronteknikker og andre dybdegående analysemetoder.

Forskerne håber også at kunne udvide de potentielle anvendelser af arbejdet til luftforureningsbekæmpelse for køretøjer og miniatureapparater for at forbedre luftkvaliteten indendørs-især vigtigt i håndteringen af ​​luftbårne respiratoriske vira som COVID-19.

CAMIC -direktør, Kære professor Suresh Bhargava, sagde den kemiske industri i billioner dollar stort set var baseret på gammel katalytisk teknologi.

"Denne tredje generation af katalyse kan forbindes med 3D -print for at skabe nye komplekse designs, der tidligere ikke var mulige, "Sagde Bhargava.

"Vores nye 3D -printede katalysatorer repræsenterer en radikal ny tilgang, der har et reelt potentiale til at revolutionere fremtiden for katalyse rundt om i verden."

De 3D-trykte katalysatorer blev produceret ved hjælp af Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) teknologi i Digital Manufacturing Facility, del af RMIT's Advanced Manufacturing Precinct.

Bhargava og fornemme professor Milan Brandt, direktør for Digital Manufacturing Facility, konceptualiserede ideen om 3D -trykte katalysatorer og kemisk reaktordesign.

Undersøg medforfatter Dr. Maciej Mazur, fra RMIT Center for Additive Manufacturing, sagde, at arbejdet var et stærkt eksempel på innovation, der blev muliggjort gennem tværfagligt samarbejde.

"Kombination af additiv fremstilling med kemiske videnskaber har givet banebrydende resultater, "Sagde Mazur.

"Zeolitter på 3D-trykt Open Metal Framework Struktur:Metalmigration til zeolitfremmet katalytisk revnedannelse af endoterme brændstoffer til flyvemaskiner" er offentliggjort i Kemisk kommunikation .