能源部的研究人員使用木質素作為生物煉制行業的副產品，作為新型復合材料的一部分，非常適合3D打印工藝。科學家們一直在尋找減少工業廢物的方法，將其作為一種潛在的選擇用于其他目的。能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的研究人員通過開發一種非常適合添加劑制造的新型復合材料，實現了難以處理的生物煉制副產品木質素。

研究人員表示，木質素是生物質加工過程中遺留下來的。該材料賦予植物剛性，并且還使生物質抗分解。他們在ORNL新聞稿中描述了他們的工作。

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他們說，ORNL的科學家將熔融穩定的硬木木質素與其他材料(常規塑料，低熔點尼龍和碳纖維)結合起來，形成了一種復合材料，在印刷過程中具有適合擠出和層間焊接強度的特性。ORNL能源與環境科學副實驗室主任Moe Khaleel表示，該復合材料還具有優異的機械性能。

研究人員發表論文，詳細說明他們在該雜志工作科學進展。

“ORNL在材料表征和合成方面的世界級能力對于將木質素等副產品轉化為副產品，為工業創造潛在的新收入來源以及為先進制造創造新型可再生復合材料的挑戰至關重要，”他說。

研究人員表示，該團隊的工作并非沒有挑戰。木質素不是一種易于使用的材料;它易于加熱，只能加熱到一定溫度，以便從3D打印噴嘴進行軟化和擠出。他們說，這是因為長時間暴露在高溫下會顯著增加木質素的粘度，使其對于有用的擠出而言太厚。

該團隊通過將木質素與尼龍相結合，成功開發出3D打印復合材料。令他們驚訝的是，這種組合增加了復合材料的室溫剛度，同時降低了其熔體粘度，該項目的負責人Amit Naskar表示。

此外，木質素 - 尼龍材料的拉伸強度與單獨的尼龍相似，實際上比傳統的ABS或高抗沖聚苯乙烯等3D印刷聚合物具有更低的粘度。

為了理解材料組合反應的原因，科學家們通過在高通量同位素反應器中進行中子散射研究其分子結構，并在ORNL的納米材料科學中心使用先進的顯微鏡。他們發現木質素和尼龍的組合“似乎對復合材料幾乎具有潤滑或增塑作用，”Naskar說。

事實上，通過研究結構特征，該團隊能夠提高材料的3D可印刷性，ORNL的另一位合作伙伴Ngoc Nguyen表示。

具體而言，它們混合了較高百分比的木質素-40至50重量% - 4%至16%的碳纖維。Nguyen說，木質素百分比代表了尋求木質素印花的新成就。研究人員說，結果是復合材料更容易加熱，流動更快，印刷速度更快，產品更堅固。

研究人員表示，ORNL團隊正在申請其木質素 - 尼龍復合材料專利，并計劃繼續改進材料，并尋找其他方法加工。

Elizabeth Montalbano是一位自由撰稿人，撰寫了20年的技術和文化。她曾在鳳凰城，舊金山和紐約市作為專業記者生活和工作。在空閑時間，她喜歡沖浪，旅游，音樂，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個村莊。