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      在納米纖維形成時(shí)捕獲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)使得靜電紡絲更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠
      
			
      
				2019-07-01 14:58:13
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      靜電紡絲是一種納米纖維制造方法，可以生產(chǎn)各種成分的納米至微米直徑的陶瓷，聚合物和金屬纖維，用于廣泛的應(yīng)用：組織工程，過濾，燃料電池和鋰電池。這些材料具有獨(dú)特的性質(zhì)，因?yàn)樗鼈兙哂懈呖v橫比的形態(tài)和大的表面積。
      

      在納米纖維形成時(shí)捕獲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)使得靜電紡絲更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠
      

      然而，它們的發(fā)展主要是通過反復(fù)試驗(yàn)，使其難以在工業(yè)環(huán)境中可靠地再現(xiàn)。這一挑戰(zhàn)源于對過程中潛在動(dòng)態(tài)的不了解，其涉及10個(gè)以上的控制參數(shù)。
      

      美國能源部(DOE)阿貢國家實(shí)驗(yàn)室利用其獨(dú)特的功能構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，將靜電紡絲機(jī)參數(shù)與納米纖維特性相關(guān)聯(lián)，從而消除靜電紡絲的猜測。該套件將允許公司以最快的速度設(shè)計(jì)針對特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的材料，同時(shí)還可以在生產(chǎn)車間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋和控制。
      

      先進(jìn)的靜電紡絲設(shè)備是Argonne先進(jìn)制造科學(xué)和工程的一部分，旨在通過開發(fā)平臺技術(shù)來加速材料開發(fā)和制造過程，并增加了最先進(jìn)的計(jì)算和診斷系統(tǒng)。這種組合使預(yù)測科學(xué)能夠減少昂貴的試錯(cuò)原型。該項(xiàng)目由Argonne的制造實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)研究和開發(fā)(LDRD)計(jì)劃資助。
      

      Argonne在推動(dòng)靜電紡絲技術(shù)方面處于獨(dú)特地位，因?yàn)樗Y(jié)合了材料開發(fā)和放大的專業(yè)知識，以及高級光子源(APS)，美國能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室和國家最高級別的獨(dú)特診斷功能。能量同步加速器X射線源。
      

      由Argonne材料科學(xué)家Yuepeng Zhang領(lǐng)導(dǎo)的研究人員正在APS的12 ID-B光束線上進(jìn)行原位X射線測量。測量結(jié)果捕獲納米纖維在處理過程中形成和變化的實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)，物理和化學(xué)信息，促進(jìn)與處理參數(shù)(例如，電壓，工作距離和前體粘度)的相關(guān)性。
      

      張說：“這些測量首次提供了對紡紗和退火工藝的系統(tǒng)理解，以控制和提高產(chǎn)品性能。”
      

      下一步是將X射線數(shù)據(jù)輸入到在Argonne的高性能計(jì)算設(shè)備上運(yùn)行的機(jī)器學(xué)習(xí)算法中。這些計(jì)算將進(jìn)一步優(yōu)化速度，減少材料缺陷，預(yù)測新特性并消除昂貴的試錯(cuò)原型。
      

      靜電紡絲能力還可以適用于卷對卷制造工藝(其涉及在兩個(gè)移動(dòng)的材料卷之間轉(zhuǎn)移時(shí)連續(xù)處理柔性基板)以加速商業(yè)化并降低成本。Argonne通過生產(chǎn)用于儲能應(yīng)用的大面積LLZO固??態(tài)電解質(zhì)，展示了卷對卷概念及其首次應(yīng)用。
      

      工業(yè)界可以與Argonne的專家合作，為現(xiàn)有材料開發(fā)靜電紡絲工藝，以及合作開發(fā)新的或新興的(復(fù)合材料)材料和設(shè)計(jì)，包括放大。
      
			

			
        
      
			
      
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