石墨微粉噴射3D打印成型數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、超級電容器作為一種新型儲能器件，在信息、電子、儀表等領域起到重要的作用，電極作為超級電容器的關鍵部件，其作用是儲存和釋放電荷，對電容器的比容量等性能有重要的影響。納米石墨片以其優(yōu)異的超高的比表面積以及良好的電導率有望成為最理想的電極功能材料，得到廣大研究者的重視。然而，納米石墨片質輕、易團聚、流動性差，成形十分困難，本文嘗試采用微粉噴射3D打印方法來制備超級電容器電極，對實現(xiàn)納米石墨片電極的器件化制備具有重要意義。
　　開發(fā)一套適

2、用于制備超級電容器復雜電極的納米石墨片微噴射3D打印成型裝置。該裝置主要包括以下幾個部分：氣體控制單元、三軸運動平臺、石墨微粉送粉器、3D打印噴頭、控制軟件等。氣體控制單元為微噴射3D打印成型裝置提供穩(wěn)定的動力；三軸運動平臺則實現(xiàn)了3D打印噴頭的準確定位和移動；石墨微粉送粉器利用定容積法確保了能夠定量輸送微量粉體；3D打印噴頭能夠將負載氣體和打印粒子加速至其臨界速度；控制軟件則進一步完善了整個系統(tǒng)的控制。有別于傳統(tǒng)的冷噴涂實驗系統(tǒng)，設計

3、的納米石墨片微噴射3D打印成型裝置，利用專門設計的石墨微粉送粉器和3D打印噴頭，目的是為了有效的控制納米石墨片粒子分散特性。
　　建立氣固兩相計算模型，利用數(shù)值模擬技術研究了不同工藝參數(shù)對石墨微粉噴射速度的影響，為獲得合理的工藝參數(shù)提供參考依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)粒子經過3D打印噴頭獲得了較好的加速效果，粒子速度隨著入口壓力增大而增大，隨著打印距離的增大而減小，粒子粒徑越大其能達到的速度越小。此外，對比研究噴頭結構對微粉噴射打印速度影響，研

4、究發(fā)現(xiàn)在單相自由射流情況下，不同噴頭結構對微粒速度影響比較大，橢圓形噴頭＞矩形噴頭＞圓形噴頭。
　　模擬分析了不同工藝參數(shù)和噴頭結構對粒子在基體上分布范圍及分布均勻性的影響，為后續(xù)實驗提供參考。研究發(fā)現(xiàn)粒子在基體上的分布范圍隨入口壓力和打印距離的增大而增大，隨粒徑增大而減小，在打印區(qū)域的對比上，橢圓形噴頭＞矩形噴頭＞圓形噴頭。利用設計的微噴射3D打印成型裝置，制備了不同工藝參數(shù)、不同結構3D打印噴頭的打印特征點，驗證分析了不同工藝