高超音速飞行的研究始于 1960 年代，当时的实验涉及 X-15 火箭飞机。迄今为止，只有少数试验驾驶的高超音速飞机成功地达到了 5 马赫以上的速度，相当于每小时 6,100 多公里。只有当达到这个速度时，它们才被认为是高超音速。
科学家们对开发高超音速很感兴趣，因为它可以在短短几个小时内完成长途飞行。例如，从伦敦飞往悉尼的航班只需四个小时。然而，进步也面临着挑战，例如飞机在以高超音速飞行时所经历的极端高温。现在，2021 年 8 月 25 日发表在《化学通讯》杂志上的新研究展示了如何使用 3D 打印催化剂解决这一限制。
什么是 3D 打印催化剂?
增材制造或 3D 打印是通过以精确的方式将材料彼此分层来创建对象的过程。该方法与传统的减法施工技术相反，自 1980 年代以来一直存在。随着科学进步扩大了该技术的实际应用数量，它最近越来越受欢迎。
其中一种应用是打印催化剂，因为 3D 打印允许它们具有特定的特性。依赖于此类材料的化学和工业过程可以通过 3D 打印得到增强，使他们能够获得适合其目的的催化剂。
在过去的二十年中，3D 打印已被用于支持催化剂的生产。例如，在 2003 年，它被用于构建氧化铝陶瓷载体结构，用作整体催化剂。此外，作为同一研究项目的一部分，完全由六铝酸盐制成的催化剂是通过 3D 打印制造的。
在一个新的研究项目中，科学家们将 3D 打印的金属合金放入微型热交换器中，并用沸石涂覆它们以制造催化剂。希望这些材料将有助于推动高超音速飞行的发展。
借助 3D 打印催化剂推动高超音速飞行向前发展
皇家墨尔本理工大学 (RMIT) 团队创造的超高效 3D 打印催化剂可能是克服高超音速飞机过热挑战的基础。研究表明，这些催化剂可以提供可在一系列行业实施的尖端热管理。
研究人员报告说，这些新材料具有可扩展的生产成本效益，这一特性将有利于航空业发展商业高超音速飞行。
克服过热问题
由于以极快的速度移动会产生极端温度，高超音速飞行器有过热的风险。RMIT 团队开发的 3D 打印催化剂可以通过提高燃料冷却剂的效率和效果来克服这一挑战。
科学家们已经确定，能够在为飞机提供动力的同时吸收热量的燃料可以解决过热问题。但是，要让燃料有足够的冷却能力，就需要消耗热量的化学反应;需要高效的催化剂来为这些反应提供动力。
3D 打印催化剂已被证明是高效的，理论上可以提供足够的冷却能力，同时为高超音速飞机提供动力。
跨行业热管理的革命性解决方案
新的 3D 打印催化剂就像化学反应器一样，因为结构变热，金属进入沸石框架，这是催化剂令人难以置信的高效的关键。
接下来，科学家们需要更多地了解他们创造的催化剂的性质。该团队计划用 X 射线同步加速器研究它们，以了解最高效率的金属合金的最佳组合。一旦优化，3D 催化剂不仅将有助于推进高超音速飞行领域，而且所有依赖高效化学反应的行业也可能受益。
这种革命性的热管理方法可用于一系列潜在应用，包括那些管理空气污染以改善室内空气质量的应用。自大流行开始以来，该领域已成为人们关注的焦点。
3D 打印催化剂和高超音速飞行的未来
目前，对 3D 打印催化剂和高超音速飞行的研究很少。在将这些新催化剂用于高超音速飞机燃料之前，需要进一步研究以了解其特性、如何优化、安全性以及 3D 催化剂在其他应用中的适用性。在未来几年，我们可能会看到更多该领域的研究。
