2018年8月27日,南極熊從外媒獲悉,,弗吉尼亞理工大學(xué)工程學(xué)院和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究人員開發(fā)了一種新的3D打印石墨烯工藝,,通過微立體光刻投影技術(shù),可以打印出分辨率高達10微米的石墨烯氣凝膠結(jié)構(gòu),。石墨烯是航空航天,,能量儲存和導(dǎo)電材料中性能最高的材料之一。
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2018-8-27 09:49 上傳
圖片來源:Virginia Tech
石墨烯由碳原子組成的單層六邊形晶格結(jié)構(gòu),。當(dāng)石墨烯片整齊地堆疊在彼此之上并形成三維形狀時,,它變成石墨,通常稱為鉛筆中的“鉛”,。
由于石墨是簡單的石墨烯包裝在一起,,因此它具有相當(dāng)差的機械性能。但是如果石墨烯片與充滿空氣的孔分離,,則三維結(jié)構(gòu)可以保持其性質(zhì),。該多孔石墨烯結(jié)構(gòu)稱為石墨烯氣凝膠。
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2018-8-27 10:17 上傳
以前,,研究人員只能使用直接墨水或其他基于擠出的方法3D打印石墨烯氣凝膠,。但該技術(shù)只能創(chuàng)建堆疊在自身頂部的簡單對象。
“使用這種技術(shù),,你可以創(chuàng)造非常有限的結(jié)構(gòu),,因為沒有支撐,分辨率非常有限,,所以你無法獲得自由形態(tài)因素,,”鄭曉雨說,他是LLNL實驗室前科學(xué)家,,現(xiàn)任弗吉尼亞理工大學(xué)機械工程專業(yè)助理教授“我們所做的就是將這些石墨烯層設(shè)計成任何你想要的高分辨率形狀,。”
三年前,,勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)和弗吉尼亞理工大學(xué)的科學(xué)家和工程師開始專注于使用光固化技術(shù)3D打印石墨烯氣凝膠,,這種方法稱為微立體光刻投影技術(shù)。
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2018-8-27 10:17 上傳
在投影微立體光刻中,,紫外光用于將部分層的圖像投影到光敏液體樹脂中,,光敏液體樹脂被固化并硬化成圖像的形狀。使用這種方法,,研究人員能夠提高3D石墨烯氣凝膠的分辨率,,可以達到大約10微米,。
為了創(chuàng)造這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu),研究人員開始使用氧化石墨烯(石墨烯的前體),,使片材交聯(lián)形成多孔水凝膠。通過超聲波破碎氧化石墨烯水凝膠并添加光敏丙烯酸酯聚合物,,研究人員可以使用投影微立體光刻技術(shù)來創(chuàng)建所需的固體3D結(jié)構(gòu),,其中石墨烯氧化物被捕獲在長而剛性的丙烯酸酯聚合物鏈中。最后,,他們將3D結(jié)構(gòu)放置在爐子中以燒掉聚合物并將物體融合在一起,,留下純凈輕質(zhì)的石墨烯氣凝膠。
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2018-8-27 09:58 上傳
該項目的主要挑戰(zhàn)之一是提出與微立體光刻工藝兼容的石墨烯氣凝膠樹脂,。 Ryan Hensleigh,,LLNL的暑期實習(xí)生,正在攻讀博士學(xué)位,。在弗吉尼亞理工大學(xué)的大分子科學(xué)與工程專業(yè),,他表示,在找到合適的組合之前,,他在兩年內(nèi)研究了許多化學(xué)混合物,。
“與已經(jīng)完成的相比,這是一項重大突破,,”Hensleigh說道,。 “我們可以獲得您想要的任何所需結(jié)構(gòu)�,!睆氖饽z打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力也為許多應(yīng)用打開了大門,,這些應(yīng)用可以受益于計算機驅(qū)動的優(yōu)化設(shè)計,如航空航天,,反應(yīng)堆,,海水淡化廠和化學(xué)處理。
“我們已經(jīng)能夠證明你可以制作一個復(fù)雜的3D石墨烯結(jié)構(gòu),,同時仍保留其內(nèi)在的主要特性,,”鄭說。 “通常當(dāng)你嘗試3D打印石墨烯或放大尺寸時,,你會失去其機械性能,。”
科學(xué)家和工程師現(xiàn)在正在尋求增加3D打印部件的表面積,,并將進一步研究以確定精確的參數(shù)以進一步優(yōu)化該技術(shù),。
這項工作的主要發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在Materials Horizons雜志上。
編譯自:3ders
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