3D可打印的等离激元氮化钛纳米颗粒增强热塑性聚氨酯复合材料用于改进光热除冰和红外标记
光学
2024-10-31 v1 应用物理
摘要
等离激元纳米材料为利用太阳能提供了一种直接有效的方法。具体而言，等离激元半导体能够实现高效的光热转换过程，在稳定性、成本效益和可获取性方面优于贵金属。在本研究中，通过双螺杆挤出机和单螺杆挤出机相结合的挤出工艺，合成了一种由氮化钛（TiN）和热塑性聚氨酯（TPU）组成的复合3D打印线材（T-TPU）。所得的T-TPU线材可用于熔融沉积成型（FDM）3D打印，以制造定制设计的图案。值得注意的是，这些打印图案表现出优异的光热性能，在光热除冰和红外标记方面具有潜在应用。此外，实验研究了打印图案的波长依赖性等离激元和光热响应，并通过有限元法（FEM）模拟进行了验证，结果显示，在红外LED光下，与商用黑色热塑性聚氨酯（C-TPU）相比，温度升高约2.5°C，这比在紫外或可见光LED光源下小于1°C的差异更为明显。最后，评估了因加入TiN纳米颗粒而改变的T-TPU的力学性能，结果显示，与纯TPU（N-TPU）相比，其模量和摩擦系数略有提高。分子动力学（MD）模拟表明，TiN纳米颗粒促进了聚合物链与TiN颗粒之间的强相互作用，增强了弹性模量，并有助于改善T-TPU的力学性能。这些发现表明耐磨性得到改善，证明了复合材料的稳定性和耐久性。
引用
@article{arxiv.2410.22934,
title = {3D Printable Plasmonic Titanium Nitride Nanoparticles Enhanced Thermoplastic Polyurethane Composite for Improved Photothermal De-Icing and Infrared Labeling},
author = {Siyu Lu and Jixiang Zhang and Min Xi and Nian Li and Zhenyang Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.22934},
year = {2024}
}