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첨가제 제조라고 불리는 3 차원 (3D) 프린팅은 디지털 모델로 실재 구조를 만드는 제조 방법이다. 기존의 제조 방법과 달리 3D 프린팅 공정은 재료 층을 점진적으로 추가하는 상향식 제조 방법이다. 전통적인 제조 기술과 비교하여 3D 프린팅은 복잡한 3D 구조를 제작하는 보다 편리하고 효율적인 방법이다. 또한 3D 프린팅에는 필요한 단계와 자원이 적다. 3D 프린팅은 현재 전기 화학 장치, 생체 재료 (예 : 합성 뼈 임플란트를 생산하는 3D 프린팅 가능한 잉크) 및 미세 유체 채널이 3D 프린팅된 미세 유체 장치와 같은 다양한 응용 분야에서 개발되고 있다. 또한, 그래핀을 사용한 3D 프린팅이 시연되었으며 금속 유기 프레임워크 (framework) 및 기타 많은 재료가 프린팅 공정에 의해 준비되었다. 최근, 3D 프린팅은 인쇄 접근법이 표적 물질의 미세 구조 제어로 촉매 응용에 유리하다. 3D 프린팅 제조는 경제적이며 에너지 효율적인 방식으로 새로운 구조의 촉매를 제조하는 솔루션을 제공할 것이다. 3D 프린팅 기술이 발전함에 따라 설치 및 운영 비용이 급격히 감소했다. 프린팅 물질의 특성에 대한 제어 및 정밀도가 향상되었다. 따라서 촉매 재료를 얻기 위한 첨가제 제조가 향후 계속해서 발전할 것이다. 중국의 두 과학자에 의한 새로운 리뷰 기사 (Advanced Functional Materials, 'Three-dimensional Printing for Catalytic Applications: Current Status and Perspectives')는 촉매 재료의 준비에 일반적으로 이용 가능한 3D 프린팅 기법을 소개했다. 그들은 프린팅 전략 및 촉매 사용을 위한 신소재에 관한 최근 연구를 요약했다. 또한 잠재적인 촉매 응용도 포함되어 있다. 마지막으로, 이 유망 분야에서 앞으로의 예상되는 발전을 다루고 있다. 먼저 융합 증착 모델링인 3D 프린팅 기술에는 스테레오 리소그래피; 직접 잉크 라이팅 (Writing); 선택적 레이저 소결, 선택적 레이저 용융 및 잉크젯 헤드 3D 프린팅과 같은 기타 기술이 사용된다. 다음은 3D 프린팅된 촉매 물질인 폴리머에 대한 개요와 상세한 설명으로 탄소 재료; 금속 및 금속 산화물; 및 제올라이트를 포함한다. 3D 프린팅된 촉매의 향후 개발은 3D 프린팅의 지속적인 개발과 촉매의 구조 설계 개선에 달려 있다. 따라서 다음과 같은 영역에서의 진전은 지속적인 개발에 필수적이다. 1) 프린팅된 촉매 물질의 미세/중형 구조에 대한 제어가 필요하다. 이 목표를 달성하는 한 가지 방법은 3D 프린터의 정확성을 향상시키는 것이다. 나노 스케일 3D 프린팅의 개념은 전기 유체 역학 프린팅 및 집중 이온빔과 같은 기술을 사용하여 개발되고 있지만, 정확성을 높이는 방법은 3D 프린팅 가능한 나노 스케일 잉크를 생산하는 것이다. 잉크의 합성 방법은 나노 스케일 제어에 중요하며, 생산 능력의 향상은 산업적 이용에 결정적이다. 2) 3D 프린팅을 위한 공급 원료는 더 개선될 필요가 있다. 최근에는 3D 프린팅에 다양한 소재가 사용되었지만 여전히 해결해야 할 문제가 있다. 첫째, 소재는 프린팅 프로세스의 비용을 직접 결정한다. 프린팅 프로세스의 비용은 응용 프로그램에 중요하다. 일부 재료는 특수 장비로 프린팅해야 하므로 고정 비용이 높다. 둘째, 일부 재료는 복잡한 후 처리 공정을 필요로 한다. 3D 프린팅 물질의 구조를 보존하는 것은 어려운 일이다. 프린팅된 거대 다공성 구조 및 재료의 고유한 마이크로/메소 구조는 모두 후 처리 공정에 의해 영향을 받을 수 있다. 용매 제거는 수축 및 기공 구조 손상을 일으킬 수 있는 일부 압출 (extrusion) 기반 프린팅 공정에 필요하다. 소성 (calcination)은 분말 기반 프린팅의 경우, 기공 구조에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 후 처리 과정의 효과를 극복하기 위해서는 개선이 필요하다. 또한, 3D 프린팅된 물질의 기계적 성질 및 화학적 안정성은 촉매로 사용될 때 고려되어야 한다. 종래의 방법으로 제조된 다양한 3D 프린팅 물질과 재료 사이의 기계적 성질 및 화학적 안정성의 차이는 충분히 연구되지 않았다. 3) 최적화된 촉매 설계가 더 필요하다. 3D 프린팅 기술을 사용하면 기공 크기, 기공 구조 및 촉매 재료의 활성 성분 분포를 제어하는 것이 가능하다. 결과적으로, 촉매의 구조 최적화는 촉매 성능을 최대화하기 위해 더욱 중요해지고 있다. |
