电池行业应用专题|生物医疗催化剂油墨的状态与稳定性

本文为生物医疗应用专题，全文共2445字，预计阅读时间约为8分钟。

摘要：催化剂层作为催化剂包覆膜的活跃成分，构成了生物医疗领域中聚合物电解质膜的关键。为了实现最佳的生物医疗设备性能，适宜的催化剂层结构与功能是至关重要的。因此，催化剂层前体需要进行调整，并将其应用于膜上形成包覆膜。优良的分散性能是催化剂油墨能够大规模生产的基础。

目的：本文探讨的催化剂油墨的制备采用了搅拌及超声波技术，并通过分析离心法研究了油墨的状态和稳定性。

方法：油墨的制备分别使用了磁力搅拌和超声波的不同方式，运用分析离心法对油墨的状态和稳定性进行了研究。

结论：使用Lum稳定性分析仪能够分析油墨样品的沉降性与稳定性。

关键词：催化剂；生物医疗；稳定性分析；油墨

一、生物医疗催化剂的介绍

在生物医疗研究历史中，催化剂技术展现了高能效、高功率密度、低工作温度及优越的耐久性等特性。聚合物电解质膜催化剂能够直接将化学能转化为电能，这在生物医疗设备中具有显著的优势。催化剂作为包覆膜的重要成分，构成了聚合物电解质膜的核心。为了实现最佳的医疗器械性能，适当的催化剂层结构和功能性显得尤为重要。因此，催化剂前体需进行优化，并应用于膜上形成包覆膜。优秀的分散特性是催化剂油墨大规模生产的重要前提。

膜电极组件是生物医疗设备的核心，通常由阳极和阴极催化剂层、聚合物电解质膜及气体扩散层构成。催化剂层是氧化还原和氢氧化反应的关键场所，尤其是阴极催化层对反应有重要影响。为了应对这一挑战，增加催化剂的负载可以加速反应，但高负载的可扩展性和经济性问题也显而易见。因此，许多研究集中于开发优化的催化剂涂层和膜电极组件的结构。

高功率密度的催化剂油墨通常由碳材料制成，以组成一个高表面积的框架，铂粒子则作为电催化剂进行装饰。这些油墨通常分散在液体中，最终作为涂层应用于基底或膜上。催化层中的催化剂粉末以特定方式分散在含有溶剂和聚合物的基体中。

在生物医疗领域，喷墨打印相较于传统的超声波喷涂、刮涂等方法展现出一定的技术优势，已成功应用于催化剂制造。因此，在这一过程中，油墨的性能显得尤为重要，碳材料的团聚倾向使得分散不良的油墨会导致聚集效应，从而影响最终层的结构与性能。

二、实验

样品配置方法如下：第一种油墨样品通过磁力搅拌器在500rpm下混合24小时（油墨样品MS）；第二种油墨使用超声波浴混合30分钟（油墨样品UB）；第三种油墨经过30分钟超声波浴后，采用10分钟探针超声，振幅为20%（UB+S20）；第四种油墨经历30分钟超声波浴，随后10分钟探针超声，振幅为70%（UB+S70）。

稳定性分析利用870nm波长的光源，以4000rpm的转速进行，每175秒记录一次剖面图，共计16小时的离心时间。为测试重现性，同一种分散方法在不同的天数内制备了3种不同的油墨样品（共12个样本），并重复测量三次。

由于所有剖面被详细绘制，除了快速沉降的不分散样品，谱线彼此极为接近。在实验初期和接近尾声时，后续剖面之间的距离非常窄。这导致线条形成了紧凑的片段，最终样品在比色管中的透过率达到85%，表明已发生完全沉积。

三、设备介绍

本研究使用了德国LUM的LumiSizer，其原理为通过STEP（Space-Time Extinction Profiles）技术，利用单色短脉冲光束实时监测样品透光率的变化。此外，采用加速离心的方法可有效测试样品的稳定性。

本设备能够在短时间内测试多达12个样品，并提供广泛的温控范围，显著提高了稳定性分析的效率。特别是在研发阶段，对于不同配方的快速分析能加速筛选与优化过程，而在生产阶段，成品的稳定性则直接影响量产的可行性。

在生物医疗领域，注重催化剂的性能及其稳定性对提升医疗设备的效能至关重要。通过深入挖掘材料的特性，如俄罗斯专享会294，能为研发提供新的思路与解决方案，助力技术进步与应用扩展。