研究人员为世界上最强的材料石墨烯开发3D打印技术

2018-08-29 10:14Tyler Koslow
24

半金属石墨烯被认为是地球上发现的最强材料之一,广泛用于需要高强度以及导热性和导电性的应用。石墨烯由单层碳原子组成,其被组织成六边形晶格。


虽然这种材料在过去已经印刷过,但研究人员只能在2D板材或基本结构中这样做。到现在…


来自弗吉尼亚理工大学和Lawerence Livermore国家实验室(LLNL)的研究人员合作开发了一种新颖的3D打印技术,使他们能够“以更高的分辨率3D打印石墨烯,其分辨率比以往任何时候都高出一个数量级。”


在这一突破性发展之前,印刷堆叠的石墨烯片(称为石墨)会导致物体机械性能低下。但是这种新的3D打印技术可以将石墨烯片与充满空气的孔分离,从而有助于保持材料的强度。


“现在,设计师可以设计由互连的石墨烯片组成的三维拓扑结构。这种新的设计和制造的自由会导致强度,导电性,公共交通,强度和重量密度不在石墨烯气凝胶可实现的优化。莱恩‘郑,助理教授用”小玉说,’   机械工程的弗吉尼亚理工系   在工程学院和   先进制造与超材料实验室主任。


石墨烯2.JPG

用这种方法生产的多孔石墨烯结构称为石墨烯气凝胶。它适用于各种应用,包括电池,航空航天,分离,热管理,传感器和催化。


以前的石墨烯3D打印方法涉及仅能够创建简单对象的挤出过程。Ryan Hensleigh,该研究的主要作者和大分子科学与工程博士。学生,在LLNL实习期间着手开发这项新技术。


通过交联氧化石墨烯片形成多孔水凝胶来产生这些复杂结构。然后用超声破碎该水凝胶并与丙烯酸酯聚合物材料熔合。


研究人员利用投影微光固化3D打印机工艺,从这种独特的石墨烯 - 聚合物混合物中创造出复杂的结构。一旦物体被印刷,然后将其放入炉中以脱落聚合物,留下纯净轻质的石墨烯气凝胶。


根据该研究团队的说法,他们的新技术能够以低至10微米的分辨率打印物体,它们比3D打印所能达到的要精细一个数量级。


“与已经完成的相比,这是一个重大的突破。我们可以访问您想要的任何所需结构,“Hensleigh说。


研究结果最近发表在Materials Horizons杂志上。