3D打印新工艺 石墨烯气凝胶更精细

石墨烯是一种拥有独特性质的二维材料，但要对其展开充分的利用，必须将之以 3D 的形式重现。好消息是，弗吉尼亚理工大学的研究人员们，已经展示了他们新开发的一种 3D 打印石墨烯气凝胶方案，且其分辨率远高于此前的水准。通常情况下，石墨烯只需要以“单层厚度的碳原子片”的形式出现。尽管其在某些情况下得到了应用，但距离实际投入还很遥远。

新技术让石墨烯气凝胶可以被 3D 打印成更大的形状

简单地堆叠材料，可能会降低其强度和独特的电气、化学、光学性能，因为此时和普通的石墨也没有太大差别了。

不过“石墨烯气凝胶”的多孔形式，设法用空气将 2D 石墨烯的空隙给填满了。其它方法涉及使用激光将石墨烯锻造成 3D 形状、压缩成多孔珊瑚状结构、泡沫 3D 打印、或由碳纳米管支撑。

石墨烯气凝胶重量极轻，甚至可以放在草莓花丝上而不倒。

石墨烯气凝胶的问题在于，将它塑造成所需的形状的方法，做起来一点也不简单。在过去，它能被挤压成瘦至 100 微米的细丝，但难以取得进一步的突破。

而弗吉尼亚理工大学的新研究，就是为了改善这一点。论文作者郑晓宇（音译）表示：“通过这项技术，你可以创造非常有限的结构。但因为没有支撑，其精细度相当受限，无法获得更加自由的形态因素”。

新型 3D 打印石墨烯的扫描电镜显微图像（分辨率为 10 微米的级别）

他们所做的，就是将这些石墨烯层设计成任何你想要的高分辨率形状。为此，研究人员用氧化石墨烯制备了水凝胶，并加入了交联片。然后使用超声波将其分开，与对光敏感的丙烯酸酯聚合物结合。

接着，团队可以用时投影微立体光刻技术 —— 这是一种非常精确的 3D 打印形式，能够在围观尺度上建造结构 —— 创建聚合物的刚性长链、内部则夹着氧化石墨烯。

继续放大至 1 微米的级别

最后，研究人员把混合物置于炉中 —— 烧掉聚合物，并留下石墨烯气凝胶。团队表示，这项技术可以用来制作任何你想要的三维形状石墨烯，且其分辨率精细至 10 微米，较以往提升了一个数量级。

有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《材料新视野》（Material Horizons）期刊上。原标题为：《Additive manufacturing of complex micro-architected graphene aerogels》

编译自：New Atlas, 来源：Virginia Tech