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桑迪亚国家实验室开发防篡改外壳3D打印材料

时间:2019-08-11 11:27 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃
         中国3D打印网8月11日讯,桑迪亚国家实验室(SNL)是美国能源部国家核安全管理局(NNSA)的承包商,已开发出一种3D可打印材料,用于指示防篡改外壳(TIE)的穿透。该材料由过渡金属离子溶液微球组成,可在表面上进行3D打印。当微球破裂时,不可逆的颜色变化会提醒用户有关破裂的信息。研究人员认为,这将增强防篡改的能力并支持条约验证。
 防篡改外壳(TIE)
        防篡改外壳(TIE)基本上是体积密封。它通常用于条约核查制度,以检测对感兴趣项目的访问。例如,在检查机构拥有的设备机箱中检测访问可确保对其中存储和处理的信息的信任。当前的方法依赖于检查员或外部设备的耗时且主观的视觉评估。另一方面,由于应用环境的严格条件,主动方法受到限制。更重要的是,许多TIE技术已经陈旧,使它们更容易受到攻击。认识到这些限制,SNL旨在开发新材料,使检查员能够通过简单的目视观察轻松找到渗透到TIE的尝试。对手也无法修复新TIE材料的损坏。这些材料在可靠性,环境和设施处理方面必须是稳健的。它的方法是将装载货物的微球嵌入3D打印结构中,一旦被篡改,将导致视觉上明显的不可逆的颜色变化。
传感器化合物的研发
       该研究的第一阶段是传感器化合物的研究和开发。该团队使用有机传感器搜索3D过渡金属,该传感器具有最显着的不可逆变色。在测量了8种不同的金属盐后,SNL发现在Fe2 +和Fe3 +溶液中发生最明显的颜色变化。然后,将传感器分子物理结合到交联聚合物主链中。选择交联结构作为主链,因为它们可以减轻辐射并且不会随着时间的推移快速降解。因此,传感器化合物随着时间的推移在空气中,过热以及存在腐蚀性材料和辐射时都是稳定的。

定性范围研究结果表明,在甲醇中加入有机传感器可以改变3d过渡金属颜色。所有金属溶液都变得更暗,许多都有明显的颜色变化。图片来自桑迪亚国家实验室。
 3D打印微型球的研发
        第二阶段是研究和开发微型球,纳米到微米尺寸的小球形颗粒。从乳液开始,这些微胶囊在液体介质中形成。在该实验中,合成了直径为10-250μm的微球。来自前一阶段的过渡金属离子作为货物化合物加载到胶囊中。为了机械地容纳货物化合物,对微球壁材料有特定的结构要求。虽然微球必须足够坚固以进行3D打印并能够承受正常的环境条件,但它们也需要在篡改时破裂。壁材料的固有拉伸性能,以及壁厚和微球半径是进行测试的决定性结构因素。
      在所研究的聚合物微球中,发现共聚物尿素甲酰胺(UF)在材料性能方面是最好的。随后研究硅质体系以赋予微球体壁增加的机械强度。然而,二氧化硅微球含有微孔和中孔。结合两者的优点,该团队决定开发核壳聚合物 - 二氧化硅复合微球材料。复合微球具有低渗透性的聚合物,具有高的二氧化硅机械强度。

      如果没有额外的设备和大量耗时的目视检查,所得到的TIE是被动的,灵活的,可扩展的并且具有成本效益。使用载有金属的微球可以更有效地监测篡改企图。所开发的材料将通过3D打印进行定制检测设备或喷涂,以应用于设施所拥有的设备。其他应用包括墙壁或结构,电路板和3D打印密封体。在未来,该团队将测试和评估3D打印和喷涂的耐久性和脆弱性。

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(责任编辑:中国3D打印网)

weixin
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