《ACS Omega》：光固化制備氧化石墨烯液態(tài)晶體

導(dǎo)讀：石墨烯是已知最強(qiáng)的材料,。然而,，將這種強(qiáng)度從微觀層面轉(zhuǎn)化為更有實(shí)用價(jià)值的宏觀層面的挑戰(zhàn)仍然沒(méi)有實(shí)現(xiàn),。從氧化石墨烯液晶中制備固體結(jié)構(gòu)，可以制造出具有優(yōu)良機(jī)械性能的紙張和纖維,。傳統(tǒng)上通常使用真空過(guò)濾,、濕法紡絲和冷凍干燥技術(shù)進(jìn)行此結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在3D打印技術(shù)也能用于制造氧化石墨烯液晶固體結(jié)構(gòu)了,，而且獲得的強(qiáng)度水平極高,，如果你感興趣，就跟隨南極熊一起看下去吧,！

2022年6月28日,，南極熊獲悉，來(lái)自蒙特利爾康考迪亞大學(xué)的研究人員正在探索氧化石墨烯液晶的光固化3D打印技術(shù),，以使材料具有前所未有的強(qiáng)度水平,。他們的研究已經(jīng)發(fā)表在 《ACS Omega》期刊上，題目為《Photocuring Graphene Oxide Liquid Crystals for High-Strength
Structural Materials》（《光固化氧化石墨烯液態(tài)晶體用于制備高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料》）,。


十多年來(lái),，石墨烯一直成為頭條新聞，它是有望解決許多工程挑戰(zhàn)的神奇材料之一,。該材料具有高強(qiáng)度重量比,、出色的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性、耐腐蝕性和耐磨性,。但是很遺憾,，人們還沒(méi)有能夠?qū)⑹�墨烯用于�?shí)際應(yīng)用的能力，這也是許多研究人員一直研究的重點(diǎn),。

南極熊獲悉,，Concordia團(tuán)隊(duì)現(xiàn)正在使用光固化技術(shù)生產(chǎn)自組裝氧化石墨烯結(jié)構(gòu)。他們所制備的氧化石墨烯片的尺寸很大,，而且十分復(fù)雜,。


△通過(guò)光固化生產(chǎn)的大型氧化石墨烯片

石墨烯——已知最強(qiáng)的材料
Novoselov等人于2004年發(fā)現(xiàn)了石墨烯，并因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),。石墨烯只有一個(gè)原子厚,，比人的頭發(fā)細(xì)大約一百萬(wàn)倍，但楊氏模量為1TPa,，抗拉強(qiáng)度130GPa, 這是迄今為止已知的最強(qiáng)材料,。

將氧化石墨烯片自組裝成液晶是一種有前景的方法，因?yàn)檫@些從這些液晶中可以制備所需的宏觀結(jié)構(gòu),。到目前為止,，已經(jīng)產(chǎn)生了大量的宏觀（盡管很�,。┑慕Y(jié)構(gòu)，例如紙,、纖維和氣凝膠,。有許多生產(chǎn)這些結(jié)構(gòu)的方法，包括濕紡,、冷凍干燥和真空過(guò)濾,。雖然這些方法可以保持液晶相中的有序結(jié)構(gòu)，但用這些方法產(chǎn)生的固體結(jié)構(gòu)的厚度和復(fù)雜性都會(huì)受到限制,。


△各種氧化石墨烯片的 SEM 成像,。

光固化打印
為了解決傳統(tǒng)制造的局限性，Concordia團(tuán)隊(duì)選擇了光固化技術(shù),。為了制備氧化石墨烯片,，他們首先將石墨烯分散在酒精中，并混合在一種市售的光引發(fā)劑中,，與目前許多3D打印樹(shù)脂中使用的光引發(fā)劑相同,。


△打印材料制備過(guò)程

研究人員發(fā)現(xiàn)，利用紫外線將石墨烯從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài),，他們可以成功地將所得混合物固化成氧化石墨烯薄片,。研究人員還對(duì)新型光固化氧化石墨烯紙進(jìn)行了拉伸測(cè)試，結(jié)果表明其機(jī)械性能與通過(guò)常規(guī)真空過(guò)濾制備的基準(zhǔn)氧化石墨烯紙相當(dāng),。


△拉伸測(cè)試

展望


研究人員證明了利用光固化制備氧化石墨烯液晶是可行的,。與目前的真空過(guò)濾或濕紡等方法相比，光固化氧化石墨烯液晶可實(shí)現(xiàn)更厚且可能更復(fù)雜的結(jié)構(gòu),。Concordia 團(tuán)隊(duì)希望將這種方法應(yīng)用于全尺寸立體光刻3D打印,，以期制造出由石墨烯制成的大型 3D 結(jié)構(gòu)。

原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsomega.2c02084