| 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)，可以制造出就有復雜微觀(guān)結構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(lèi)材料開(kāi)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制造可能的減震結構、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雜結構來(lái)用于上述應用的一個(gè)很有前途的方法。但是實(shí)際做起來(lái)遠非那么簡(jiǎn)單。“為了能夠進(jìn)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(shuō)。
傳統上，要打印石墨烯氣凝膠結構，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(guò)燃燒或者化學(xué)過(guò)程來(lái)去除聚合物或硅，但是這樣可能會(huì )損壞氣凝膠的結構。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雜結構。由于其分層結構，3D打印氣凝膠也往往會(huì )導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(gè)表面上。這樣每打印出來(lái)的一層都會(huì )被冰凍住，然后在冰的支持下再打印下一層。而且，他們發(fā)現當沉積這些石墨烯氧化懸浮物到冷凍結構上時(shí)，未凍的材料會(huì )解凍已經(jīng)結冰的表面，從而造成層與層之間自由混合并重新結冰，形成了氫鍵和并改善了氣凝膠結構的完整性。另外通過(guò)使用第二個(gè)注滿(mǎn)純水的3D打印機噴嘴，他們也可以創(chuàng )建復雜結構，因為水形成了冰支撐，在此基礎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(jìn)行冷凍干燥以去除水分，然后加熱使其成為氣凝膠。根據這種技術(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電性和高壓縮性。如今，研究人員希望能夠進(jìn)一步研究他們的多噴嘴方法是否可以使用多種材料創(chuàng )建氣凝膠結構。
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