世界最輕的3D打印結(jié)構(gòu)—科學(xué)家研發(fā)3D打印石墨烯氣凝膠

據(jù)南極熊了解,，由法羅大學(xué),、堪薩斯州立大學(xué)和中國蘭州大學(xué)的三位研究員開發(fā)的3D打印石墨烯氣凝膠被吉尼斯世界紀(jì)錄評為“最密集的3D打印結(jié)構(gòu)”。3D打印石墨烯氣凝膠重量極輕,，每立方厘米僅重0.5毫克,，放在棉花或花瓣頂都可以，可以制造出就有復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)的超輕石墨烯氣凝膠,。研究人員們希望這一新技術(shù)能夠為此類材料開辟新的用途,。

所謂的氣凝膠，是一種具有海綿狀結(jié)構(gòu)的低密度材料,。它可以用于很多重要的用途,，比如作為熱和光的絕緣體等。而研究人員們尤為感興趣的是石墨烯與氣凝膠相結(jié)合所獲得的一些特別的屬性,，比如高壓縮性,、高電導(dǎo)率和一直被熱捧的在制造可能的減震結(jié)構(gòu)、固態(tài)電池和催化劑等方面的用途,。

　　

盡管很多人將3D打印技術(shù)看作使用石墨烯氣凝膠材料制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)來用于上述應(yīng)用的一個很有前途的方法。但是實際做起來遠(yuǎn)非那么簡單,�,！盀榱四軌蜻M(jìn)行3D打印你需要首先改變石墨烯的粘度，因為它是真的很高,�,！毖邪l(fā)人員表示。由于機(jī)械強(qiáng)度超過鋼,，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性以及不尋常的磁性,，全球石墨烯市場自2010年以來一直在蓬勃發(fā)展。適合作為電子設(shè)備電源選材,，以及智能穿戴式和柔性LED屏幕等未來技術(shù),。目前面對的挑戰(zhàn)是難以大規(guī)模生產(chǎn)，并保留其特性,。

傳統(tǒng)上,，要打印石墨烯氣凝膠結(jié)構(gòu),，研究人員傾向于先將石墨烯與聚合物或者硅混合在一起，然后使用噴墨打印機(jī)在室溫或者高溫下擠出這些石墨烯混合物,。隨后,，通過燃燒或者化學(xué)過程來去除聚合物或硅，但是這樣可能會損壞氣凝膠的結(jié)構(gòu),。另外這種層疊式的打印技術(shù)很難制造出像懸浮物那樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu),。由于其分層結(jié)構(gòu)，3D打印氣凝膠也往往會導(dǎo)致材料的物理性能更差,。

研究人員使用具有兩個噴嘴的改進(jìn)型噴墨打印機(jī)來3D打印石墨烯氣凝膠,。將氧化石墨烯和水混合的3D打印液滴放進(jìn)-20℃的冰箱中，得到由石墨烯和水組成的3D冰結(jié)構(gòu),，使石墨烯保持形狀,。在3D打印結(jié)構(gòu)之后，研究人員將3D材料放置在冷凍干燥器中,，通過高真空和低溫去除冰,。留下3D石墨烯氣凝膠，室溫下也能保持形狀不變,。

其中一位研究人員表示,，石墨烯是一種革命性的材料，其氣凝膠形式也極為重要,。通過這種3D打印方法,，可以控制石墨烯氣凝膠的形狀，理想情況下還可以控制氣凝膠的電氣和機(jī)械性能,。極輕巧的3D打印石墨烯氣凝膠可用于制造柔性電池,，半導(dǎo)體，甚至建筑物絕緣,，未來應(yīng)用將更為廣泛,。

3他們將石墨烯氧化物與水混合在一起，然后再零下25攝氏度的溫度下將其3D打印到一個表面上,。這樣每打印出來的一層都會被冰凍住,，然后在冰的支持下再打印下一層。而且,，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)沉積這些石墨烯氧化懸浮物到冷凍結(jié)構(gòu)上時,，未凍的材料會解凍已經(jīng)結(jié)冰的表面，從而造成層與層之間自由混合并重新結(jié)冰,，形成了氫鍵和并改善了氣凝膠結(jié)構(gòu)的完整性,。另外通過使用第二個注滿純水的3D打印機(jī)噴嘴，他們也可以創(chuàng)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)，因為水形成了冰支撐,，在此基礎(chǔ)上他們就能層積石墨烯氧化懸浮物,。

最后，將產(chǎn)生的氣凝膠至于液氮中進(jìn)行冷凍干燥以去除水分,，然后加熱使其成為氣凝膠,。根據(jù)這種技術(shù)，研究者們能夠創(chuàng)建出密度范圍在0.5到10毫克每立方厘米的氣凝膠,，而且其具有良好的導(dǎo)電性和高壓縮性,。如今，研究人員希望能夠進(jìn)一步研究他們的多噴嘴方法是否可以使用多種材料創(chuàng)建氣凝膠結(jié)構(gòu),。

來源：中國復(fù)合材料  &3打印世界
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