3D打印石墨烯氣凝膠—世界上最輕的材料
近日，由三個(gè)材料工程師開發(fā)的3D打印石墨烯氣凝膠被吉尼斯世界紀(jì)錄評(píng)為“最密集的3D打印結(jié)構(gòu)”。據(jù)說(shuō)，3D打印石墨烯氣凝膠重量極輕，超彈性的，導(dǎo)電的，這意味著它可以用于提高電子的能力 物體和電池，而且每立方厘米僅重0.5毫克，放在棉花或花瓣頂都可以。
不同密度的石墨烯氣凝膠的3D打印格子。 右：證明材料的密度位于一根金屬的頂部。 堪薩斯州立大學(xué)多級(jí)先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)志。
由于機(jī)械強(qiáng)度超過鋼，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性以及不尋常的磁性，全球石墨烯市場(chǎng)自2010年由Andre Geim和Konstantin Novoselov發(fā)現(xiàn)以來(lái)一直在蓬勃發(fā)展。其符合電子設(shè)備更好的電源需求，以及智能穿戴式和柔性LED屏幕等未來(lái)技術(shù)。 目前面對(duì)的挑戰(zhàn)是難以大規(guī)模生產(chǎn)，并保留其特性。
憑借靈活性將其作為制造方法，已經(jīng)以多種方式使用3D打印來(lái)解鎖材料的潛力。
由得克薩斯萊斯大學(xué)的James M. Tour集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)的研究使用激光3D打印方法從糖晶體中提取材料，并生成石墨烯泡沫。
石墨烯泡沫的3D打印立方體和其分子組成的SEM圖像。
在麻省理工學(xué)院，研究人員采用了數(shù)學(xué)方法對(duì)石墨烯的結(jié)構(gòu)檢算，并提出了一個(gè)陀螺儀作為最佳的3D形狀。在哈爾濱工業(yè)大學(xué)也已經(jīng)使用了石墨烯氧化物來(lái)制造出符合高強(qiáng)度混凝土性能的結(jié)構(gòu)。
由石墨烯氧化物/地質(zhì)聚合物油墨制成的3D打印測(cè)試結(jié)構(gòu)。
堪薩斯州立大學(xué)，布法羅州立大學(xué)和蘭州大學(xué)三位研究員合作開發(fā)出輕巧，破紀(jì)錄的石墨烯氣凝膠。他們使用的方法將噴墨3D打印深入凍結(jié)。
林，周，張研發(fā)的三維石墨烯氣凝膠重量只有0.5毫克每立方厘米。如支持媒體所示，這意味著諸如花瓣或棉球之類的脆弱物體可以支撐3D打印數(shù)量的材料而不會(huì)彎曲。
林董持有將打印在堪薩斯州野貓標(biāo)志上的石墨烯氣凝膠3D樣品。 在他旁邊的屏幕上顯示了3D石墨烯氣凝膠Wildcat頭部放在向日葵的花瓣上。
使用專門開發(fā)的3D打印噴墨方法制造石墨烯氣凝膠的3D結(jié)構(gòu)。 通過將氧化石墨烯(GO)粉末與脫油(DI)水混合來(lái)制備油墨。 這被裝入兩個(gè)注射器筒中，一次噴射墨滴。
墨水打印的床和室已被研究人員調(diào)整到低溫環(huán)境。 當(dāng)油墨沉積時(shí)，DI水凍結(jié)，將石墨烯固化成3D形狀。
打印后，該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行兩次冷凍處理以將顆粒粘結(jié)在一起。 在48小時(shí)的干燥過程和熱退火之后，最終的3D氣凝膠被覆蓋。
3D石墨烯氣凝膠的樣品出現(xiàn)了深層凍結(jié)。
3D石墨烯氣凝膠將使其成為“吉尼斯世界紀(jì)錄”2018年版。 林，周，張等合作人員的支持研究Feng Zhang，Sai Pradeep Medarametla和Hui Li可以在2016年2月發(fā)表的“小型雜志”上發(fā)表，第12卷，第13期。
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