3D打印新工藝 石墨烯氣凝膠更精細(xì)

石墨烯是一種擁有獨(dú)特性質(zhì)的二維材料，但要對其展開充分的利用，必須將之以 3D 的形式重現(xiàn)。好消息是，弗吉尼亞理工大學(xué)的研究人員們，已經(jīng)展示了他們新開發(fā)的一種 3D 打印石墨烯氣凝膠方案，且其分辨率遠(yuǎn)高于此前的水準(zhǔn)。通常情況下，石墨烯只需要以“單層厚度的碳原子片”的形式出現(xiàn)。盡管其在某些情況下得到了應(yīng)用，但距離實(shí)際投入還很遙遠(yuǎn)。

新技術(shù)讓石墨烯氣凝膠可以被 3D 打印成更大的形狀

簡單地堆疊材料，可能會降低其強(qiáng)度和獨(dú)特的電氣、化學(xué)、光學(xué)性能，因?yàn)榇藭r(shí)和普通的石墨也沒有太大差別了。

不過“石墨烯氣凝膠”的多孔形式，設(shè)法用空氣將 2D 石墨烯的空隙給填滿了。其它方法涉及使用激光將石墨烯鍛造成 3D 形狀、壓縮成多孔珊瑚狀結(jié)構(gòu)、泡沫 3D 打印、或由碳納米管支撐。

石墨烯氣凝膠重量極輕，甚至可以放在草莓花絲上而不倒。

石墨烯氣凝膠的問題在于，將它塑造成所需的形狀的方法，做起來一點(diǎn)也不簡單。在過去，它能被擠壓成瘦至 100 微米的細(xì)絲，但難以取得進(jìn)一步的突破。

而弗吉尼亞理工大學(xué)的新研究，就是為了改善這一點(diǎn)。論文作者鄭曉宇（音譯）表示：“通過這項(xiàng)技術(shù)，你可以創(chuàng)造非常有限的結(jié)構(gòu)。但因?yàn)闆]有支撐，其精細(xì)度相當(dāng)受限，無法獲得更加自由的形態(tài)因素”。

新型 3D 打印石墨烯的掃描電鏡顯微圖像（分辨率為 10 微米的級別）

他們所做的，就是將這些石墨烯層設(shè)計(jì)成任何你想要的高分辨率形狀。為此，研究人員用氧化石墨烯制備了水凝膠，并加入了交聯(lián)片。然后使用超聲波將其分開，與對光敏感的丙烯酸酯聚合物結(jié)合。

接著，團(tuán)隊(duì)可以用時(shí)投影微立體光刻技術(shù) —— 這是一種非常精確的 3D 打印形式，能夠在圍觀尺度上建造結(jié)構(gòu) —— 創(chuàng)建聚合物的剛性長鏈、內(nèi)部則夾著氧化石墨烯。

繼續(xù)放大至 1 微米的級別

最后，研究人員把混合物置于爐中 —— 燒掉聚合物，并留下石墨烯氣凝膠。團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)技術(shù)可以用來制作任何你想要的三維形狀石墨烯，且其分辨率精細(xì)至 10 微米，較以往提升了一個(gè)數(shù)量級。

有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《材料新視野》（Material Horizons）期刊上。原標(biāo)題為：《Additive manufacturing of complex micro-architected graphene aerogels》

編譯自：New Atlas, 來源：Virginia Tech