成會(huì)明院士/丘陵今日AFM：3D打印模板定向組裝，制備多尺度石墨烯！

來源: 石墨烯聯(lián)盟  
第一作者：Jingzhuo Zhou、Xin Wu
通訊作者：成會(huì)明院士、丘陵副教授
通訊單位：清華大學(xué)

從納米級(jí)構(gòu)建模塊到塊體組裝出精心設(shè)計(jì)的多尺度結(jié)構(gòu)，可賦予天然材料許多優(yōu)異的功能與性能。例如，木材具有高強(qiáng)度和韌性、重量輕、可承受載荷或沖擊等性能，可歸功于其獨(dú)特的多層蜂窩狀結(jié)構(gòu)和高度定向的纖維素纖維基質(zhì)；海綿具有網(wǎng)紋板狀網(wǎng)格并含有由蛋白質(zhì)核心和有機(jī)-無機(jī)外殼組成的細(xì)小針狀物，從而在抑制裂紋擴(kuò)展的同時(shí)實(shí)現(xiàn)抗屈曲性能。

圖1. MSGSs的制備工藝及微觀與宏觀尺度結(jié)構(gòu)演示。

文章要點(diǎn)1：在本文中，作者以石墨烯作為模型前驅(qū)體，成功制備出具有至少五個(gè)不同層次相同結(jié)構(gòu)的多尺度石墨烯結(jié)構(gòu)(MSGSs)。通過3D打印模板定向組裝，可以使用數(shù)字光加工(DLP)實(shí)現(xiàn)從介觀到宏觀尺度的定制結(jié)構(gòu)。

文章要點(diǎn)2：測(cè)試表明，通過仔細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可賦予MSGSs許多特殊的性能，包括超低密度(≥0.08 mg cm–3)，超高的剛度、及可壓縮性(從95%應(yīng)變完全恢復(fù))。

文章要點(diǎn)3：此外，通過使用MSGSs作為模板，可以成功地制備出TiO2、Al2O3和石墨烯/MoS2雜化結(jié)構(gòu)。這種3D打印和自組裝技術(shù)的結(jié)合，表明通過合理設(shè)計(jì)不同納米材料的多尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能定制的可能性，并且可應(yīng)用于多個(gè)研究領(lǐng)域。

圖2. 具有七個(gè)等級(jí)可控特性的MSGSs結(jié)構(gòu)。

圖3. MSGSs的模量和彈性可調(diào)控能力。

圖4. MSGSs在多個(gè)領(lǐng)域的通用性。

參考文獻(xiàn)

Jingzhuo Zhou, Xin Wu, Yan Chen, Chuang Yang, Rui Yang, Junyang Tan, Yilun Liu, Ling Qiu, Hui-Ming Cheng. 3D Printed Template-Directed Assembly of Multiscale Graphene Structures. Adv. Funct. Mater. 2022. DOI: 10.1002/adfm.202105879.