石墨烯氣凝膠成最輕3D打印材料，新世界紀錄

石墨烯氣凝膠成最輕3D打印材料，新世界紀錄

據了解，由法羅大學、堪薩斯州立大學和中國蘭(lan) 州大學的三位研究員開發的3D打印石墨烯氣凝膠被吉尼斯世界紀錄評為(wei) “最密集的3D打印結構”。3D打印石墨烯氣凝膠重量極輕，每立方厘米僅(jin) 重0.5毫克，放在棉花或花瓣頂都可以，可以製造出就有複雜微觀結構的超輕石墨烯氣凝膠。研究人員們(men) 希望這一新技術能夠為(wei) 此類材料開辟新的用途。



所謂的氣凝膠，是一種具有海綿狀結構的低密度材料。它可以用於(yu) 很多重要的用途，比如作為(wei) 熱和光的絕緣體(ti) 等。而研究人員們(men) 尤為(wei) 感興(xing) 趣的是石墨烯與(yu) 氣凝膠相結合所獲得的一些特別的屬性，比如高壓縮性、高電導率和一直被熱捧的在製造可能的減震結構、固態電池和催化劑等方麵的用途。

盡管很多人將3D打印技術看作使用石墨烯氣凝膠材料製造複雜結構來用於(yu) 上述應用的一個(ge) 很有前途的方法。但是實際做起來遠非那麽(me) 簡單。“為(wei) 了能夠進行3D打印你需要首先改變石墨烯的粘度，因為(wei) 它是真的很高。”研發人員表示。由於(yu) 機械強度超過鋼，導電性和導熱性以及不尋常的磁性，全球石墨烯市場自2010年以來一直在蓬勃發展。適合作為(wei) 電子設備電源選材，以及智能穿戴式和柔性LED屏幕等未來技術。目前麵對的挑戰是難以大規模生產(chan) ，並保留其特性。

傳(chuan) 統上，要打印石墨烯氣凝膠結構，研究人員傾(qing) 向於(yu) 先將石墨烯與(yu) 聚合物或者矽混合在一起，然後使用噴墨打印機在室溫或者高溫下擠出這些石墨烯混合物。隨後，通過燃燒或者化學過程來去除聚合物或矽，但是這樣可能會(hui) 損壞氣凝膠的結構。另外這種層疊式的打印技術很難製造出像懸浮物那樣的複雜結構。由於(yu) 其分層結構，3D打印氣凝膠也往往會(hui) 導致材料的物理性能更差。

研究人員使用具有兩(liang) 個(ge) 噴嘴的改進型噴墨打印機來3D打印石墨烯氣凝膠。將氧化石墨烯和水混合的3D打印液滴放進-20℃的冰箱中，得到由石墨烯和水組成的3D冰結構，使石墨烯保持形狀。在3D打印結構之後，研究人員將3D材料放置在冷凍幹燥器中，通過高真空和低溫去除冰。留下3D石墨烯氣凝膠，室溫下也能保持形狀不變。

其中一位研究人員表示，石墨烯是一種革命性的材料，其氣凝膠形式也極為(wei) 重要。通過這種3D打印方法，可以控製石墨烯氣凝膠的形狀，理想情況下還可以控製氣凝膠的電氣和機械性能。極輕巧的3D打印石墨烯氣凝膠可用於(yu) 製造柔性電池，半導體(ti) ，甚至建築物絕緣，未來應用將更為(wei) 廣泛。

3他們(men) 將石墨烯氧化物與(yu) 水混合在一起，然後再零下25攝氏度的溫度下將其3D打印到一個(ge) 表麵上。這樣每打印出來的一層都會(hui) 被冰凍住，然後在冰的支持下再打印下一層。而且，他們(men) 發現當沉積這些石墨烯氧化懸浮物到冷凍結構上時，未凍的材料會(hui) 解凍已經結冰的表麵，從(cong) 而造成層與(yu) 層之間自由混合並重新結冰，形成了氫鍵和並改善了氣凝膠結構的完整性。另外通過使用第二個(ge) 注滿純水的3D打印機噴嘴，他們(men) 也可以創建複雜結構，因為(wei) 水形成了冰支撐，在此基礎上他們(men) 就能層積石墨烯氧化懸浮物。

最後，將產(chan) 生的氣凝膠至於(yu) 液氮中進行冷凍幹燥以去除水分，然後加熱使其成為(wei) 氣凝膠。根據這種技術，研究者們(men) 能夠創建出密度範圍在0.5到10毫克每立方厘米的氣凝膠，而且其具有良好的導電性和高壓縮性。如今，研究人員希望能夠進一步研究他們(men) 的多噴嘴方法是否可以使用多種材料創建氣凝膠結構。

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