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透過生物精煉技術將木質素變成新興3D列印之複合材料

2018/12/26 @國際

透過生物精煉技術將木質素變成新興3D列印之複合材料

  木質素(lignin)是植物組織中結構複雜的聚合物,在植物體中扮演著支撐結構的重要材料,是木本植物高大、挺拔的主要原因之一,然而在林業製漿造紙上卻是主要難以去除的副產物之一,如何透過生物精煉(biorefining)技術,使木質素有效地再利用,成為農業副產物應用中不可忽視的課題。
  美國能源部(U.S. Department of Energy)所屬的橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory,簡稱ORNL)開發出以木質素作為3D列印的新興材料。木質素取自闊葉木材,具穩定熔融態,該特性適合作為3D列印的射出材料。有別於傳統3D列印材料以尼龍、碳纖維等複合材料,研究團隊則是在其中混入一定比例的木質素,加入木質素的新興複合材料具有較佳的特性。在開發上,研究人員在混和木質素與尼龍後,解決原本純木質素材料易阻塞噴頭,無法順利3D列印問題,也一併克服純木質素因過高溫而發生材料降解的問題。研究人員以中子散射(neutron scattering)技術及高解析度顯微鏡觀察物體結構上的變化發現,在混入木質素的新興複合材料似乎較光滑且可塑性提升。研究更進一步發現,若在複合材料中混入40-50%的木質素與4-16%的碳纖維,將具有更順暢的3D列印速度及造出結構更堅固的3D列印產物。
  美國能源部橡樹嶺國家實驗室的這項發明與研究,顛覆木質素在傳統上被視為廢棄物的看法,由利用率低的木材副產物,轉變成當紅的複合材料。該研究由美國能源部資助,相關研究成果已發表在<Science Advances>,有關發明正在美國提出專利申請,或許在不久的將來,新興3D列印複合材料將徹底改變人們未來的生活。

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