哈工大《Carbon》：具有良好控制排列的氧化石墨烯復(fù)合材料的3D打印

來源：材料分析與應(yīng)用

石墨烯作為一種超各向異性材料，在其平面方向具有前所未有的強(qiáng)度、楊氏模量和電/熱導(dǎo)率，而在垂直方向上卻極為薄弱。為了充分利用石墨烯的優(yōu)勢，它在三維聚合物基結(jié)構(gòu)中的排列是極其重要的，但仍然是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。。

本文，哈爾濱工業(yè)大學(xué)鐘晶課題組在《Carbon》期刊發(fā)表名為“3D Printing of Graphene Oxide Composites with Well Controlled Alignment”的論文，研究報(bào)告了在不對GO進(jìn)行任何修改的情況下大規(guī)模對準(zhǔn)氧化石墨烯（GO）的通用方法。該方法包括將GO納米片與聚合物（用于演示的聚乳酸（PLA））薄膜層壓在一起，進(jìn)行滾動，然后通過燈絲熔融沉積技術(shù)進(jìn)行3D打印。在印刷燈絲，GO納米片在燈絲軸向?qū)��?zhǔn)，在此基礎(chǔ)上GO取向可以容易地控制經(jīng)由絲熔合沉積的路徑。我們顯示，PLA / GO渦旋纖維和石墨烯含量為0.4 wt％的印花纖維表現(xiàn)出出色的機(jī)械性能，強(qiáng)度分別增加了約32.7％和35.2％，這顯著高于具有隨機(jī)石墨烯分布的類似納米復(fù)合材料，表明聚合物得到了大大改善加固效率。所提出的帶有3D打印框架的滾動纖維可以廣泛地應(yīng)用于各種2D材料和結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

圖文導(dǎo)讀

圖1。具有高度對齊的GO的3D打印過程卷軸光纖的示意圖

圖2。滾動纖維在3D打印之前和之后的微觀結(jié)構(gòu)研究

圖3。PLA / GO滾動纖維和3D打印纖維的表征。

圖4。（a和b）分別在N 2氣氛下，PLA渦旋纖維和PLA / GO渦旋纖維的TG和DSC曲線比較。（c）PLA / GO滾動纖維和3D打印纖維的XRD圖樣研究。

圖5。PLA / GO渦旋纖維的機(jī)械表征。

圖6。3D打印的PLA / GO滾動纖維的機(jī)械特性

小結(jié)
總之，開發(fā)了一種簡便且通用的3D打印橫向剪切滾動纖維策略，用于制造具有高度對齊的2D納米材料的分層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，該材料具有出色的機(jī)械性能和各向異性。這項(xiàng)工作為準(zhǔn)備將二維材料按所需方向?qū)�齊的復(fù)雜結(jié)構(gòu)打開了一扇門，可以大大提高打印結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。