浙大高超團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)高密度高強(qiáng)度石墨烯微晶格液晶三維打印技術(shù)

來源：中國聚合物網(wǎng)

溶劑化石墨烯基材料是石墨烯宏觀組裝體制備領(lǐng)域的一個(gè)重要課題,。利用氧化石墨烯（GO）水系分散液的液晶行為和膠體性質(zhì)，科學(xué)家們已發(fā)展出了一系列以GO為前驅(qū)體制備石墨烯纖維,，膜,，氣凝膠等宏觀組裝體的路線。然而,，這些路線在適配3D打印技術(shù)時(shí),，出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)。3D打印技術(shù)對(duì)打印墨水有高粘度,，高模量,，快速剪切變稀等的嚴(yán)苛的流變要求，傳統(tǒng)的GO分散液難以達(dá)到,。目前,，已報(bào)道的文獻(xiàn)中主要以添加劑法和高濃度法兩種策略來實(shí)現(xiàn)GO前驅(qū)體的流變行為的改性。然而,，這兩種方法都未能解決,，在3D打印石墨烯前驅(qū)體墨水中，高濃度和均相不相容的矛盾,，另外,，所得到的石墨烯材料局限于多孔結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度低,，限制了3D打印石墨烯材料的實(shí)際應(yīng)用,。設(shè)計(jì)一種高濃度且均相的石墨烯前驅(qū)體墨水，用來制備高密度,，高強(qiáng)度,，高功能化的石墨烯3D打印材料是一個(gè)亟待解決的問題。

研究亮點(diǎn)：

設(shè)計(jì)了高濃度均相的GO/甘油（Glycerol）分散液作為3D打印墨水,，探索了氧化石墨烯濃度對(duì)于分散液流變行為的影響,。
利用墨水直寫技術(shù)，制備石墨烯微晶格材料,。得到的石墨烯微晶格材料表現(xiàn)出高密度,，高強(qiáng)度，高可壓縮性和高導(dǎo)電性的特質(zhì),，具有良好的應(yīng)用前景,。
跟蹤了高密度石墨烯微晶格材料壓縮形變的微觀結(jié)構(gòu)演化，闡明了多級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)高可壓縮性的貢獻(xiàn),。

浙江大學(xué)高超,、許震團(tuán)隊(duì)，利用甘油分子對(duì)GO片溶劑化的作用,，設(shè)計(jì)了GO/甘油3D打印墨水,。該墨水具有較高的GO固含量（~6wt%），且保持了GO液晶相,，實(shí)現(xiàn)了GO高濃度的均相分散,。利用該墨水制備的石墨烯微晶格材料表現(xiàn)出了高強(qiáng)度（~62.7MPa），高抗壓性（~90% 壓縮形變）,，高導(dǎo)電性能（x-y平面內(nèi)導(dǎo)電率2073 S m-1,，z方向?qū)щ娐蕕250 S m-1）的特性,，開拓了新型三維石墨烯框架材料的范疇，為石墨烯材料在儲(chǔ)能,，復(fù)合材料,，催化等領(lǐng)域的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

圖1：對(duì)比GO/甘油3D打印墨水和重分散GO水系分散液墨水的偏振光顯微鏡照片a）,、d）,，墨水中GO片的顯微照片b）、e）及GO片投影面積的統(tǒng)計(jì)結(jié)果c）,、f）,。對(duì)比GO/甘油墨水和重分散GO水系分散液在不同濃度（5wt%，6wt%）下的粘度g）,，動(dòng)態(tài)模量h）和屈服剪切應(yīng)力i）,。

圖2：a）不同結(jié)構(gòu)的石墨烯微晶格樣品及圖案光學(xué)照片。3D打印柴垛結(jié)構(gòu)石墨烯微晶格外表面b）,，內(nèi)部截面c）及放大d)的電子顯微鏡照片,。E）對(duì)比由GO/甘油墨水和重分散GO水分散液分別所得到的石墨烯框架材料的片層堆疊情況。

圖3：3D打印石墨烯微晶格機(jī)械性能,。a）應(yīng)變幅度步進(jìn)的加載循環(huán)下的應(yīng)力應(yīng)變曲線,。b）本文中所制備的石墨烯微晶格壓縮性能及破壞強(qiáng)度與文獻(xiàn)中3D打印石墨烯材料的對(duì)比。c）石墨烯微晶格楊氏模量與密度的關(guān)系,。

相關(guān)成果以“Liquid crystalline 3Dprinting for superstrong graphene microlattices with high density”為題發(fā)表在Carbon (Carbon 159 (2020)166-174)上,，論文的第一作者為高超團(tuán)隊(duì)的博士后王方。論文得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、國家自然科學(xué)基金,、浙江大學(xué)百人計(jì)劃等相關(guān)經(jīng)費(fèi)的資助。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S0008622319312746