3D打印技術(shù)前沿又有新突破!日前，美國堪薩斯州立大學(xué)(K-State)的研究人員研發(fā)出一種新技術(shù)，可以制造出就有復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)的超輕石墨烯氣凝膠。研究人員們希望這一新技術(shù)能夠為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(jié)構(gòu)的低密度材料。它可以用于很多重要的用途，比如作為熱和光的絕緣體等。而研究人員們尤為感興趣的是石墨烯與氣凝膠相結(jié)合所獲得的一些特別的屬性，比如高壓縮性、高電導(dǎo)率和一直被熱捧的在制造可能的減震結(jié)構(gòu)、固態(tài)電池和催化劑等方面的用途。
盡管很多人將3D打印技術(shù)看作使用石墨烯氣凝膠材料制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)來用于上述應(yīng)用的一個很有前途的方法。但是實際做起來遠非那么簡單。“為了能夠進行3D打印你需要首先改變石墨烯的粘度，因為它是真的很高。”堪薩斯州立大學(xué)的林棟博士說。
傳統(tǒng)上，要打印石墨烯氣凝膠結(jié)構(gòu)，研究人員傾向于先將石墨烯與聚合物或者硅混合在一起，然后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。隨后，通過燃燒或者化學(xué)過程來去除聚合物或硅，但是這樣可能會損壞氣凝膠的結(jié)構(gòu)。另外這種層疊式的打印技術(shù)很難制造出像懸浮物那樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。由于其分層結(jié)構(gòu)，3D打印氣凝膠也往往會導(dǎo)致材料的物理性能更差。
他們將石墨烯氧化物與水混合在一起，然后再零下25攝氏度的溫度下將其3D打印到一個表面上。這樣每打印出來的一層都會被冰凍住，然后在冰的支持下再打印下一層。而且，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)沉積這些石墨烯氧化懸浮物到冷凍結(jié)構(gòu)上時，未凍的材料會解凍已經(jīng)結(jié)冰的表面，從而造成層與層之間自由混合并重新結(jié)冰，形成了氫鍵和并改善了氣凝膠結(jié)構(gòu)的完整性。另外通過使用第二個注滿純水的3D打印機噴嘴，他們也可以創(chuàng)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)，因為水形成了冰支撐，在此基礎(chǔ)上他們就能層積石墨烯氧化懸浮物。
最后，將產(chǎn)生的氣凝膠至于液氮中進行冷凍干燥以去除水分，然后加熱使其成為氣凝膠。根據(jù)這種技術(shù)，研究者們能夠創(chuàng)建出密度范圍在0.5到10毫克每立方厘米的氣凝膠，而且其具有良好的導(dǎo)電性和高壓縮性。如今，研究人員希望能夠進一步研究他們的多噴嘴方法是否可以使用多種材料創(chuàng)建氣凝膠結(jié)構(gòu)。
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