本技术公开了石墨烯液滴打印三维预制体的传热速率控制方法及装置,传热速率控制方法采用石墨烯液滴打印三维预制体装置实现,装置包含打印基板、金属围墙、可升降冷冻基板和温度控制器,传热速率控制方法包括将打印三维预制体过程根据打印层数分为三个阶段,依次分别为低层、中层和高层,其层数分别设定为n<subgt;1</subgt;,n<subgt;2</subgt;,n<subgt;3</subgt;,逐层打印过程中,控制每个阶段可升降冷冻基板温度、金属围墙温度以及可升降冷冻基板高度,实现对打印三维预制体过程中冰晶生长传热速率的控制确保冰晶生长速率的稳定性,从而用于制备出轴向微结构均匀、性能优异的三维连通石墨烯材料。
背景技术
三维连通石墨烯预制体具有多孔结构、超大的比表面积、超高的电导率以及传质快速等优良特性,在热管理材料、电磁屏蔽与吸波材料、化学和生物传感等领域得到广泛应用。将石墨烯液滴打印技术与冷冻铸造工艺相结合,可以充分利用增材制造技术设计灵活性和快速实现的优势,以及冷冻铸造工艺在微观结构可控性、原料高效利用和环境友好性方面的优点,实现三维连通石墨烯预制体宏微观结构的精确可控制备。为在打印过程中实现石墨烯液滴的稳定冻结,现有的大多数冷冻打印方法通常采用单一冷源为打印基板提供可调冷冻温度。然而在实际应用中,由于热积累效应,打印层的热阻随进程逐渐升高,导致不同打印层冰晶的生长速率不一致。冷冻干燥后,形成的孔隙结构在大小和形态上存在差异,连通性差,影响三维连通石墨烯预制体的整体性能。此外,基板与环境空气间的对流传热会在基板周围产生垂直温度梯度,导致远离基板的区域温度更高。随着逐层打印的进行,喷嘴升高到温度高于墨水熔点的位置,后续沉积的液滴会融化,无法保持形状,从而中断打印过程。
因此,有必要开发一种适用于液滴打印制备石墨烯预制体的传热速率控制方法及装置,该方法能够维持打印空间低温环境,调节冰晶生长速率,从而确保三维连通石墨烯预制体的宏微结构能够精确成形。
实现思路