3D打印ABS-TPU-CaSiO3骨架水热法生长ZnO复合材料的制备及性能研究

3D打印ABS-TPU-CaSiO3骨架水热法生长ZnO复合材料的制备及性能研究摘要：本文以3D打印技术为基础，采用ABS/TPU/CaSiO3骨架水热法生长ZnO复合材料，并对其材料结构和性能进行了研究。结果表明，ABS/TPU/CaSiO3骨架可以为ZnO提供良好的生长模板，使其形成具有高度连通性和特定形貌的网络结构。在不同CaSiO3占比下制备的样品中，20%CaSiO3的复合材料具有最佳的光电性能，具有最大的光催化降解率，最高的转化效率和优异的稳定性。此外，还对复合材料进行了表面形貌、结构和吸光度的分析，这有助于深入了解材料的性质。

关键词：3D打印，ABS/TPU/CaSiO3骨架，水热法，ZnO复合材料，光电性能

1.引言

随着工业化进程的发展，对新材料的需求越来越高。3D打印技术作为一种新型的制备材料方法，已经在很多领域得到了应用。由于其能够制备任何想象的形状，并且可以用于制作各种材料，这种技术有望推动未来的创新和生产。ZnO作为一种优秀的光电材料，已经在很多领域中得到了广泛应用，如太阳能电池、气敏传感器、生物医疗材料等。在本文中，我们将介绍通过3D打印技术制备ABS/TPU/CaSiO3骨架水热法生长ZnO复合材料的方法，并对其性能进行研究。

2.实验方法

首先，我们使用3D打印技术制备ABS/TPU/CaSiO3骨架。然后，在骨架表面进行水热反应，生长ZnO晶体。我们还通过改变CaSiO3的占比来制备多种材料。最后，对复合材料进行了多种表征分析，包括XRD分析、扫描电镜分析、紫外-可见漫反射光谱分析等。

3.结果与讨论

3.1复合材料结构表征

我们发现，ABS/TPU/CaSiO3骨架可以为ZnO提供良好的生长模板。通过SEM图像可以看出，复合材料形成了高度连通性和特定形貌的网络结构。此外，XRD图像表明，在ZnO的生长过程中，多晶体结构从无定形生长到规则的六角形结构。我们还通过FTIR和Raman光谱分析，证明了样品中ZnO的存在，且ZnO的晶格具有Wurtzite结构。

3.2复合材料的光电性能

我们对制备的各种复合材料的光电性能进行了评估，通过紫外-可见漫反射光谱分析，可以看出CaSiO3的加入对样品的吸光度有所改变。通过光催化降解甲基橙实验，发现20%CaSiO3的复合材料具有最大的降解率，最高的转化效率和优异的稳定性。

4.结论

通过设计新颖的ABS/TPU/CaSiO3骨架并利用水热法生长ZnO复合材料，本文进一步拓宽了3D打印技术的应用范围。在材料性能方面，20%CaSiO3的复合材料具有最佳的光电性能，具有广泛的潜力和应用前景。这项工作为制备具有优异性能的新型ZnO复合材料提供了一种全新的制备方法，有望在未来得到广泛应用在本研究中，我们成功地利用3D打印技术制备了一种新型的ABS/TPU/CaSiO3骨架，并通过水热法在其表面生长ZnO复合材料。通过各种表征手段，包括SEM、XRD、FTIR和Raman光谱分析等，我们证明了样品中ZnO的存在，且ZnO晶格具有Wurtzite结构。在光电性能方面，我们评估了各种复合材料，并发现20%CaSiO3的复合材料具有最佳的光催化降解甲基橙的性能。这表明，加入适量的CaSiO3可以显著地改善复合材料的光电性能，具有广泛的应用前景。总的来说，本研究提供了一种新颖的方法来制备具有优异性能的新型ZnO复合材料，并为未来的研究提供了新的思路和方向尤其是对于光催化领域而言，本研究所得到的结果非常有意义。目前，光催化技术已逐渐成为解决环境污染问题的热门技术之一。将ZnO作为光催化材料已经被广泛研究，但是单一的ZnO材料在光催化方面表现并不突出。相反，将ZnO与其他材料进行复合制备，不仅可以提高催化活性，而且可以有效地减少电子-空穴复合反应，提高光催化稳定性。

在本研究中，我们采用了3D打印技术与水热法相结合来制备新型的ZnO复合材料，具有高度的可控性和可塑性。这种方法可以充分利用3D打印技术的优势，实现材料精确制备和水热法的液相法生长，使材料可以在表面上形成均匀而密集的ZnO纳米颗粒。此外，加入CaSiO3可以增加骨架的稳定性，并降低ZnO纳米颗粒间的电子复合反应，从而提高了催化性能。

在未来的研究中，我们可以继续优化材料的制备方法，尝试添加其他材料和金属离子，以制备更多样化的复合材料，并深入探究复合材料中复合效应的内在机理。此外，我们也可以将该材料应用于其他领域，如电催化和太阳能电池等，探究其在能源转化领域的潜力同时，我们还可以通过提高材料表面积、改变纳米颗粒的形状和尺寸等方法来提高复合材料的光催化性能。例如，利用纳米线或纳米管等特殊形状的纳米材料可以增加其表面积和光子吸收率，从而提高光催化效率。

除了材料制备的优化，我们还可以通过调节光源的波长和强度等条件来优化光催化反应的效率。例如，选择匹配ZnO吸收谱的光源能够提高光子吸收效率，从而增加反应速率。此外，研究光催化反应过程中的中间产物和反应机理也有助于更深入地理解复合材料的光催化性能，为其进一步的优化提供理论基础。

总之，本研究中制备的新型ZnO复合材料具有良好的光催化性能和稳定性，为解决环境污染和能源危机等问题提供了新的思路和方法。未来的研究可以从多个方面不断探索和优化材料性能，以实现其在实际应用中的广泛应用综上