CN113263744B - 一种具有红外波段高吸收的3d打印超黑材料的制备方法 - Google Patents

一种具有红外波段高吸收的3d打印超黑材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113263744B
CN113263744B CN202110399783.5A CN202110399783A CN113263744B CN 113263744 B CN113263744 B CN 113263744B CN 202110399783 A CN202110399783 A CN 202110399783A CN 113263744 B CN113263744 B CN 113263744B
Authority
CN
China
Prior art keywords
printing
black material
ultra
infrared band
basic model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110399783.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113263744A (zh
Inventor
吴晓宏
熊启阳
李杨
卢松涛
秦伟
洪杨
康红军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202110399783.5A priority Critical patent/CN113263744B/zh
Publication of CN113263744A publication Critical patent/CN113263744A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113263744B publication Critical patent/CN113263744B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C69/00—Combinations of shaping techniques not provided for in a single one of main groups B29C39/00 - B29C67/00, e.g. associations of moulding and joining techniques; Apparatus therefore
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/05—Filamentary, e.g. strands
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/407—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料的制备方法；属于空间光学系统杂散光抑制领域。本发明解决了现有3D打印技术制备的超黑材料普遍存在的红外波段吸收率较低的问题。本发明通过调控3D打印喷涂工艺制备出可控表面几何结构、内壁微孔结构的杂散光抑制用超黑材料，并采用原子层沉积技术在超黑材料表面沉积AZO薄膜。本发明利用原子层沉积技术的高保形性特征在不影响超黑材料杂散光抑制结构(内壁微孔，几何结构)的基础上进一步提升超黑材料的红外波段吸收率，扩展该3D打印黑色材料在空间光学领域的应用空间。

Description

一种具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料的制备方法
技术领域
本发明属于空间光学系统杂散光抑制领域。
背景技术
杂散光是指到达光学系统像面的非目标、非成像光线，在探测器上形成背景噪声。它对光学系统的影响非常大，直接影响像面的对比度和信噪比，并且会在像面上产生光斑，甚至在某些情况下会致光学系统无法获取目标信息。杂光可以分为两类，一类是外部杂光，另一类是内部杂光。外部杂光主要是来自光学系统以外的杂散辐射，比如太阳光、大气的漫射光和地球表面的漫射光或者是散射光等，而内部的杂光主要就是指系统本身热辐射所产生的能量以及光学系统中的一些结构表面所产生的杂散光，或者是一些光学零件的表面或内部的加工缺陷所造成的散射光，以及其他的在多个表面之间由于光线多次反射所造成的杂光。随着空间光学系统探测精度要求的提高，杂光分析与抑制研究已成为空间光学遥感成像的关键技术之一。非成像光到达探测器表面形成杂散辐射，会降低图像的对比度、清晰度、影响图像色彩的还原，严重时目标图像会被杂散辐射噪声湮没，导致光学仪器无法正常工作。
遮光罩是航天光学系统广泛应用的抑制杂光措施，通过合理设计遮光罩结构与材料能够显著提升其杂散光抑制效果，提高光学系统的工作质量。其中构成遮光罩主体的常以表面覆盖黑色涂层的简易锥形/柱形的金属结构为主，呈多界面、多部分连接构型，在杂散光抑制、制备难度及光学系统轻量化方面仍有改进空间。使用3D打印技术制备的超黑材料可用于制备出一体，轻质、杂散光抑制结构可控的新型高性能遮光罩。但是目前采用3D打印技术制备的超黑材料存在红外波段吸收率较低的特征，一定程度限制了其在空间红外探测领域的应用空间。
发明内容
本发明要解决现有的通过3D打印技术制备的黑色材料普遍存在红外波段吸收率较低的问题，本发明通过调控3D打印喷涂工艺制备出可控表面几何结构、内壁微孔结构的杂散光抑制用超黑材料，并采用原子层沉积技术在超黑材料表面沉积AZO薄膜，利用原子层沉积技术的高保形性特征在不影响超黑材料杂散光抑制结构(内壁微孔，几何结构)的基础上进一步提升超黑材料的红外波段吸收率，扩展该3D打印黑色材料在空间光学领域的应用空间。
本发明中一种具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料的制备方法是通过下述步骤完成：
步骤一、将本色的高性能聚合物和炭黑加入到挤出机中充分混合，炭黑的质量占高性能聚合物和炭黑总质量的0.5％-1.0％，然后挤出，得到线材；
步骤二、用步骤一获得的线材3D打印基础模型，得到的基础模型的表面具有微纳级别的微孔；
步骤三、然后原子层沉积技术在步骤二获得的基础模型上形成AZO薄膜；即完成。
进一步限定，步骤一所述高性能聚合物为聚醚醚酮PEEK、聚醚酰亚胺PEI或聚偏氟乙烯PVDF。
进一步限定，步骤二3D打印具体案下述步骤进行的：
步骤1、用Solidworks绘图软件，根据设计的结构图进行等比例制图建模，得到格式为STL的模型；
步骤2、将所得模型导入到3D切片软件中，设置相关参数：打印速度为5～40mm/s，打印头温度为380～460℃，成型挤出量为60％～140％，层厚0.05-0.2mm，填充密度20％-80％，完成参数设置后导出格式为Gcode的3D打印机可识别的数据文件；
步骤3、将步骤2中的Gcode文件导入到熔融沉积成型3D打印机中，再将步骤一获得的线材加入到熔融沉积成型3D打印机中，同步启动打印头和喷枪，打印头和喷枪同步运动，逐层堆积，分层进行打印，得到内壁具有微孔的3D打印超黑材料基础模型；
进一步限定，步骤2中成型挤出量为80％～120％。
进一步限定，将步骤二获得的7.基础模型置于反应腔体内，再按下述步骤进行处理的:
步骤①、在温度为150～220℃，压力为0.1torr～0.2torr的条件下，以脉冲形式通入第一前驱体进行反应，脉冲时间为0.015s～0.025s，然后通入氮气吹扫反应残余物，吹扫时间为20s～60s；
步骤②、在与步骤①同样的温度和压力条件下，以脉冲形式通入第二前驱体进行反应，脉冲时间为0.015s～0.025s，然后通入氮气吹扫反应残余物，吹扫时间为20s～60s，
步骤③、重复步骤①至步骤②的操作49次～500次，完成原子层沉积反应，得到具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料。
进一步限定，步骤①中所述的第一前驱体为三甲基铝或者二乙基锌，原子层沉积过程中至少沉积一次三甲基铝，最后一次沉积三甲基铝。
进一步限定，步骤②中所述的第二前驱体为水或臭氧。
进一步限定，从上之下基础模型为结合为一体的蜂窝层和板体构成；或者是结合为一体多个空间几何体和板体构成，空间几何体均布在板体的一侧；所述空间几何体的内部中空，且内部具有几何形状的孔。
更进一步限定，所述空间几何体是由结合为一体锥体和柱体构成，可以是园椎体和圆柱体的结合，也可以是棱椎与棱柱的结合。
更进一步限定，空间几何体内部具有蜂窝形状、三角形状或者正方形状的孔。
本发明在打印出宏观几何结构超黑材料的基础上，通过调控3D打印喷涂工艺制备出了表面具有微纳级别微孔的超黑材料，如图1-5所示，其能够显著增加光程，一方面提供了充分的内部空间，光可通过在单个微孔隙的内表面发生多次反射和散射以实现高效吸收，另一方面提供了相对理想的空气填充介质，发挥着渐变折射率作用，减弱了超黑材料表面的光反射，确保了超黑材料紫外-可见范围内优异的杂散光抑制性能。
本发明在3D打印超黑材料的几何表面及微纳级微孔上，通过原子层沉积技术制备了一层三维包覆的AZO薄膜，如图6所示。AZO薄膜为Al掺杂ZnO薄膜，能够增强超黑材料红外波段的吸收率，与此同时，通过原子层沉积的AZO薄膜具有保型性，能够最大程度保证3D打印超黑材料的几何结构与微纳级微孔不受影响，在保证其杂散光抑制能力的同时进一步提升红外波段吸收能力。
本发明通过3D打印技术在超黑材料表面构建微纳级孔穴，提供了充分的内部空间，光可通过在单个微孔隙的内表面发生多次反射和散射以实现高效吸收，另一方面提供了相对理想的空气填充介质，发挥着渐变折射率作用，减弱了超黑材料表面的光反射，确保了超黑材料紫外-可见范围内优异的杂散光抑制性能。与此同时采用原子层沉积技术在3D打印超黑材料的几何表面及微纳级微孔上制备了AZO薄膜，在保证3D打印超黑材料的几何结构与微纳级微孔不受影响的同时，进一步提升红外波段吸收能力。
附图说明
图1是空间几何体结构3D打印超黑材料结构示意图以及实物图，(a)为模型图，(b)为模型侧视图，(c)左图为实物俯视图，(c)右图为实物立体图；
图2是蜂窝结构3D打印超黑材料结构示意图以及实物图，(a)为模型图，(b)为模型侧视图，(c)左图为实物俯视图，(c)右图为实物立体图；
图3是3D打印超黑材料表面的SEM图；
图4是3D打印超黑材料的表面三维形貌示意图；
图5是3D打印超黑材料的表面剖面形貌示意图；
图6是ALD沉积薄膜三维保型性特点示意图；
图7是在1500nm波段的光吸收率测试结果，1——实施例1，2——实施例2；3——实施3；4——实施例4；5——对比例。
具体实施方式
实施例1：本实施例中一种具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料的制备方法是通过下述步骤完成的：
步骤一、将本色的聚醚醚酮(PEEK)和炭黑加入到挤出机中充分混合，炭黑的质量占高性能聚合物和炭黑总质量的0.5％，然后在控制成型温度420℃、速度为25mm/s、挤出量为120％条件下挤出，得到线材。
步骤二、用步骤一获得的线材3D打印基础模型，得到的基础模型的表面具有微纳级别的微孔；
其中，步骤二3D打印具体案下述步骤进行的：
步骤1、用Solidworks绘图软件，根据设计的结构图进行等比例制图建模，得到格式为STL的模型；
步骤2、将所得模型导入到3D切片软件中，设置相关参数：打印速度为10mm/s，打印头温度为420℃，成型挤出量为100％，层厚0.1mm，填充密度60％，完成参数设置后导出格式为Gcode的3D打印机可识别的数据文件；
步骤3、将步骤2中的Gcode文件导入到熔融沉积成型3D打印机中，再将步骤一获得的线材加入到熔融沉积成型3D打印机中，同步启动打印头和喷枪，打印头和喷枪同步运动，逐层堆积，分层进行打印，得到内壁具有微孔的3D打印超黑材料基础模型。
步骤三、然后原子层沉积技术在步骤二获得的基础模型上形成AZO薄膜；即完成。
步骤三中将步骤二获得的基础模型置于反应腔体内，再按下述步骤进行原子层沉积处理:
步骤①、在温度为150℃，压力为0.15torr的条件下，以脉冲形式通入第一前驱体进行反应，脉冲时间为0.020s，然后通入质量纯度为99.999％的氮气吹扫反应残余物，吹扫时间为40s；
步骤②、在与步骤①同样的温度和压力条件下，以脉冲形式通入超纯水(第二前驱体)进行反应，脉冲时间为0.020s，然后通入质量纯度为99.999％的氮气吹扫反应残余物，吹扫时间为40s，
步骤③、重复步骤①至步骤②的操作16次，前16次原子层沉积的第一前驱体为二乙基锌，第17次原子层沉积的第一前驱体为三甲基铝，完成原子层沉积反应，得到具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料。
实施例2本实施例中一种具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料的制备方法是通过下述步骤完成的：
步骤一、将本色的聚醚醚酮(PEEK)和炭黑加入到挤出机中充分混合，炭黑的质量占高性能聚合物和炭黑总质量的0.5％，然后在控制成型温度420℃、速度为25mm/s、挤出量为120％条件下挤出，得到线材。
步骤二、用步骤一获得的线材3D打印基础模型，得到的基础模型的表面具有微纳级别的微孔；
其中，步骤二3D打印具体案下述步骤进行的：
步骤1、用Solidworks绘图软件，根据设计的结构图进行等比例制图建模，得到格式为STL的模型；
步骤2、将所得模型导入到3D切片软件中，设置相关参数：打印速度为10mm/s，打印头温度为420℃，成型挤出量为100％，层厚0.1mm，填充密度60％，完成参数设置后导出格式为Gcode的3D打印机可识别的数据文件；
步骤3、将步骤2中的Gcode文件导入到熔融沉积成型3D打印机中，再将步骤一获得的线材加入到熔融沉积成型3D打印机中，同步启动打印头和喷枪，打印头和喷枪同步运动，逐层堆积，分层进行打印，得到内壁具有微孔的3D打印超黑材料基础模型。
步骤三、然后原子层沉积技术在步骤二获得的基础模型上形成AZO薄膜；即完成。
步骤三中将步骤二获得的基础模型置于反应腔体内，再按下述步骤进行原子层沉积处理:
步骤①、在温度为150℃，压力为0.15torr的条件下，以脉冲形式通入第一前驱体进行反应，脉冲时间为0.020s，然后通入质量纯度为99.999％的氮气吹扫反应残余物，吹扫时间为40s；
步骤②、在与步骤①同样的温度和压力条件下，以脉冲形式通入超纯水(第二前驱体)进行反应，脉冲时间为0.020s，然后通入质量纯度为99.999％的氮气吹扫反应残余物，吹扫时间为40s，
步骤③、重复步骤①至步骤②的操作16次，奇数次原子层沉积的第一前驱体为二乙基锌，偶数次原子层沉积的第一前驱体为三甲基铝，完成原子层沉积反应，得到具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料。
实施例3：本实施例中一种具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料的制备方法是通过下述步骤完成的：
步骤一、将本色的聚醚醚酮(PEEK)和炭黑加入到挤出机中充分混合，炭黑的质量占高性能聚合物和炭黑总质量的0.5％，然后在控制成型温度380℃、速度为25mm/s、挤出量为120％条件下挤出，得到线材。
步骤二、用步骤一获得的线材3D打印基础模型，得到的基础模型的表面具有微纳级别的微孔；
其中，步骤二3D打印具体案下述步骤进行的：
步骤1、用Solidworks绘图软件，根据设计的结构图进行等比例制图建模，得到格式为STL的模型；
步骤2、将所得模型导入到3D切片软件中，设置相关参数：打印速度为10mm/s，打印头温度为380℃，成型挤出量为100％，层厚0.1mm，填充密度60％，完成参数设置后导出格式为Gcode的3D打印机可识别的数据文件；
步骤3、将步骤2中的Gcode文件导入到熔融沉积成型3D打印机中，再将步骤一获得的线材加入到熔融沉积成型3D打印机中，同步启动打印头和喷枪，打印头和喷枪同步运动，逐层堆积，分层进行打印，得到内壁具有微孔的3D打印超黑材料基础模型。
步骤三、然后原子层沉积技术在步骤二获得的基础模型上形成AZO薄膜；即完成。
步骤三中将步骤二获得的基础模型置于反应腔体内，再按下述步骤进行原子层沉积处理:
步骤①、在温度为150℃，压力为0.15torr的条件下，以脉冲形式通入第一前驱体进行反应，脉冲时间为0.020s，然后通入质量纯度为99.999％的氮气吹扫反应残余物，吹扫时间为40s；
步骤②、在与步骤①同样的温度和压力条件下，以脉冲形式通入超纯水(第二前驱体)进行反应，脉冲时间为0.020s，然后通入质量纯度为99.999％的氮气吹扫反应残余物，吹扫时间为40s，
步骤③、重复步骤①至步骤②的操作16次，前16次原子层沉积的第一前驱体为二乙基锌，第17次原子层沉积的第一前驱体为三甲基铝，完成原子层沉积反应，得到具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料。
实施例4、本实施例中一种具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料的制备方法是通过下述步骤完成的：
步骤一、将本色的聚醚醚酮(PEEK)和炭黑加入到挤出机中充分混合，炭黑的质量占高性能聚合物和炭黑总质量的0.5％，然后在控制成型温度380℃、速度为25mm/s、挤出量为120％条件下挤出，得到线材。
步骤二、用步骤一获得的线材3D打印基础模型，得到的基础模型的表面具有微纳级别的微孔；
其中，步骤二3D打印具体案下述步骤进行的：
步骤1、用Solidworks绘图软件，根据设计的结构图进行等比例制图建模，得到格式为STL的模型；
步骤2、将所得模型导入到3D切片软件中，设置相关参数：打印速度为10mm/s，打印头温度为380℃，成型挤出量为100％，层厚0.1mm，填充密度60％，完成参数设置后导出格式为Gcode的3D打印机可识别的数据文件；
步骤3、将步骤2中的Gcode文件导入到熔融沉积成型3D打印机中，再将步骤一获得的线材加入到熔融沉积成型3D打印机中，同步启动打印头和喷枪，打印头和喷枪同步运动，逐层堆积，分层进行打印，得到内壁具有微孔的3D打印超黑材料基础模型。
步骤三、然后原子层沉积技术在步骤二获得的基础模型上形成AZO薄膜；即完成。
步骤三中将步骤二获得的基础模型置于反应腔体内，再按下述步骤进行原子层沉积处理:
步骤①、在温度为150℃，压力为0.15torr的条件下，以脉冲形式通入第一前驱体进行反应，脉冲时间为0.020s，然后通入质量纯度为99.999％的氮气吹扫反应残余物，吹扫时间为40s；
步骤②、在与步骤①同样的温度和压力条件下，以脉冲形式通入超纯水(第二前驱体)进行反应，脉冲时间为0.020s，然后通入质量纯度为99.999％的氮气吹扫反应残余物，吹扫时间为40s，
步骤③、重复步骤①至步骤②的操作16次，奇数次原子层沉积的第一前驱体为二乙基锌，偶数次原子层沉积的第一前驱体为三甲基铝，完成原子层沉积反应，得到具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料。
采用下述实验验证
将上述实施例以及对比例制备得到的不同成型温度与原子层沉积工艺的3D打印超黑材料切割制成2×2cm的样片，采用紫外可见分光光度计进行吸收率测定，并以400℃成型的未沉积AZO的无结构3D打印超黑材料平板样片作为对照组，重复试验若干次，测定结果如图7及表1所示：
表1在1500nm波段的光吸收率测试结果
组别 吸收率
实施例1 0.9742
实施例2 0.9694
实施例3 0.9639
实施例4 0.9618
对比例 0.9286
由图7以及表1可以看出，红外波段吸收能力均提高。

Claims (6)

1.一种具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料的制备方法，其特征在于所述制备方法是通过下述步骤完成的：
步骤一、将本色的高性能聚合物和炭黑加入到挤出机中充分混合，炭黑的质量占高性能聚合物和炭黑总质量的0.5％-1.0％，然后挤出，得到线材；
步骤二、用步骤一获得的线材3D打印基础模型，得到的基础模型的表面具有微纳级别的微孔；
步骤三、然后原子层沉积技术在步骤二获得的基础模型上形成AZO薄膜；即完成；
其中，从上至下基础模型为结合为一体的蜂窝层和板体构成；或者是结合为一体多个空间几何体和板体构成，空间几何体均布在板体的一侧；所述空间几何体的内部中空，且内部具有几何形状的孔；
将步骤二获得的基础模型置于反应腔体内，再按下述步骤进行处理的:
步骤①、在温度为150～220℃，压力为0 .1torr～0 .2torr的条件下，以脉冲形式通入第一前驱体进行反应，脉冲时间为0 .015s～0 .025s，然后通入氮气吹扫反应残余物，吹扫时间为20s～60s；
步骤②、在与步骤①同样的温度和压力条件下，以脉冲形式通入第二前驱体进行反应，脉冲时间为0 .015s～0 .025s，然后通入氮气吹扫反应残余物，吹扫时间为20s～60s，
步骤③、重复步骤①至步骤②的操作1次～500次，完成原子层沉积反应，得到具有红外波段高吸收的3D打印超黑材料；
步骤①中所述的第一前驱体为三甲基铝和二乙基锌，三甲基铝和二乙基锌分别形成不同的沉积层，原子层沉积过程中至少沉积一次三甲基铝，最后一次沉积三甲基铝；步骤②中所述的第二前驱体为水或臭氧。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤一所述高性能聚合物为聚醚醚酮PEEK、聚醚酰亚胺PEI或聚偏氟乙烯PVDF。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤二3D打印具体案下述步骤进行的：
步骤1、用Solidworks绘图软件，根据设计的结构图进行等比例制图建模，得到格式为STL的模型；
步骤2、将所得模型导入到3D切片软件中，设置相关参数：打印速度为5～40mm/s，打印头温度为380～460℃，成型挤出量为60％～140％，层厚0.05-0.2mm，填充密度20％-80％，完成参数设置后导出格式为Gcode的3D打印机可识别的数据文件；
步骤3、将步骤2中的Gcode文件导入到熔融沉积成型3D打印机中，再将步骤一获得的线材加入到熔融沉积成型3D打印机中，同步启动打印头和喷枪，打印头和喷枪同步运动，逐层堆积，分层进行打印，得到内壁具有微孔的3D打印超黑材料基础模型。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤2中成型挤出量为80％～120％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述空间几何体是由结合为一体锥体和柱体构成。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述空间几何体的内部具有蜂窝形状、三角形状或者正方形状的孔。
CN202110399783.5A 2021-04-14 2021-04-14 一种具有红外波段高吸收的3d打印超黑材料的制备方法 Active CN113263744B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110399783.5A CN113263744B (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种具有红外波段高吸收的3d打印超黑材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110399783.5A CN113263744B (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种具有红外波段高吸收的3d打印超黑材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113263744A CN113263744A (zh) 2021-08-17
CN113263744B true CN113263744B (zh) 2022-06-14

Family

ID=77229073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110399783.5A Active CN113263744B (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种具有红外波段高吸收的3d打印超黑材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113263744B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110952075A (zh) * 2019-12-30 2020-04-03 哈尔滨工业大学 一种核壳型粉体超黑材料及其制备方法
CN110962339A (zh) * 2019-12-24 2020-04-07 哈尔滨工业大学 一种有机-无机相结合的遥感相机用遮光罩的成型方法
CN111016160A (zh) * 2019-12-24 2020-04-17 哈尔滨工业大学 具有高吸光能力的星敏感器用遮光罩的3d打印制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101104747B (zh) * 2007-03-30 2011-01-12 东华大学 一种云母基超黑材料及其制备方法和应用
US9933632B2 (en) * 2014-03-26 2018-04-03 Indizen Optical Technologies, S.L. Eyewear lens production by multi-layer additive techniques
JP6488583B2 (ja) * 2014-08-04 2019-03-27 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法および三次元造形物
CN106801160B (zh) * 2017-01-05 2018-09-21 东南大学 超黑纳米多孔Fe及其制备方法
US11643566B2 (en) * 2019-09-09 2023-05-09 Xerox Corporation Particulate compositions comprising a metal precursor for additive manufacturing and methods associated therewith
CN111816450B (zh) * 2020-07-15 2021-08-31 西安电子科技大学 一种能源转换三层复合器件及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110962339A (zh) * 2019-12-24 2020-04-07 哈尔滨工业大学 一种有机-无机相结合的遥感相机用遮光罩的成型方法
CN111016160A (zh) * 2019-12-24 2020-04-17 哈尔滨工业大学 具有高吸光能力的星敏感器用遮光罩的3d打印制备方法
CN110952075A (zh) * 2019-12-30 2020-04-03 哈尔滨工业大学 一种核壳型粉体超黑材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113263744A (zh) 2021-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180154480A1 (en) SLM forming device for multiple metal powder materials
US10946579B2 (en) Device fabrication using 3D printing
CN104692332B (zh) 一种采用模板法构筑空心管微点阵金属氧化物材料及其制备方法
Boschetto et al. Modelling micro geometrical profiles in fused deposition process
US20160297097A1 (en) Production of monolithic bodies from a porous matrix using low temperature solidification in an additive manufacturing process
CN104765079B (zh) 光学部件、其制造方法以及使用其的光学系统
CN108123228B (zh) 一种曲面频率选择表面阵列的制作方法
CN1316228C (zh) 视觉非接触测头的标定方法
Pazhamannil et al. Property enhancement approaches of fused filament fabrication technology: A review
CN113263744B (zh) 一种具有红外波段高吸收的3d打印超黑材料的制备方法
CN113414410B (zh) 一种金属空心球复合材料增减材制造的方法
Cekic et al. OPTIMIZATION OF STEREOLITHOGRAPHY AND FUSED DEPOSITION MODELING PROCESS PARAMETERS.
CN105711084A (zh) 一种薄膜材质为原料的3d彩色激光打印机
CN111016160B (zh) 具有高吸光能力的星敏感器用遮光罩的3d打印制备方法
CN115049127A (zh) 基于bohb算法及神经网络的3d打印质量预测方法
Cantoni et al. Round-robin testing of commercial two-photon polymerization 3D printers
CN111844831B (zh) 一种轻质基材薄壁反射镜的制作方法
CN1597194A (zh) 一种梯度材料及零件的制备方法
CN112500141A (zh) 光固化成型制备多孔石英陶瓷的方法
CN110909292A (zh) 用于热脉冲法测定材料电场分布的Monte Carlo数据处理方法
CN110569539B (zh) 基于实测点云分形融合的带几何误差虚拟模型构建方法
CN112756777B (zh) 一种金属表面的激光发黑处理方法
CN103358553A (zh) 超声聚焦三维快速成型方法及装置
CN110962339B (zh) 一种有机-无机相结合的遥感相机用遮光罩的成型方法
Ma et al. Research status and application analysis of 3D printing technology

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant