对反应性油墨配方的优化,用于对共聚合物膜功能化的受控增材制造

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.
• 数据科学数据科学数据科学

背景情况:

• 纳米结构膜为分子分离中的透性-选择性挑战提供了解决方案.
• 增材制造使反应性油墨沉积能够改变膜孔化学.
• 对于大规模的膜功能化,缺乏系统的优化.

研究的目的:

• 用点击化学阐明膜功能化机制和最佳制造条件.
• 开发用于预测墨水化学和描述功能化过程的数学模型.
• 优化油墨配方,以减少材料使用和可扩展的膜生产.

主要方法:

• 利用数据科学工具包,包括非线性回归,不确定性量化和实验设计.
• 开发了反应性油墨平衡度和反应扩散PDEs的代数方程,以实现功能化.
• 经过验证的墨水化学与pH和UV-vis测量;使用FTIR光谱学校准的PDE参数.

主要成果:

• 建立了对膜功能化的验证模型框架,减少了实验冗余.
• 确定了一个最佳的油墨配方 (Cu ((II) /AA/基 = 1:1:2) 和操作条件.
• 在模拟的卷对卷工艺中,实现了≥90%的功能化,并至少减少了20%的铜投资.

结论:

• 数据科学支持的框架提供了一个功能化协议,用于扩展多功能膜设计.
• 优化的油墨配方减少了对昂贵且对环境有害的材料的依赖.
• 该方法可以扩展到按需的多功能膜,用于废水中的金属回收等应用.