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3D打印石墨烯气凝胶—世界上最轻的材料

 

近日,由三个材料工程师开发的3D打印石墨烯气凝胶被吉尼斯世界纪录评为“最密集的3D打印结构”。据说,3D打印石墨烯气凝胶重量极轻,超弹性的,导电的,这意味着它可以用于提高电子的能力 物体和电池,而且每立方厘米仅重0.5毫克,放在棉花或花瓣顶都可以。

不同密度的石墨烯气凝胶的3D打印格子。 右:证明材料的密度位于一根金属的顶部。 堪萨斯州立大学多级先进制造实验室的标志。

由于机械强度超过钢,导电性和导热性以及不寻常的磁性,全球石墨烯市场自2010年由Andre Geim和Konstantin Novoselov发现以来一直在蓬勃发展。其符合电子设备更好的电源需求,以及智能穿戴式和柔性LED屏幕等未来技术。 目前面对的挑战是难以大规模生产,并保留其特性。

凭借灵活性将其作为制造方法,已经以多种方式使用3D打印来解锁材料的潜力。

由得克萨斯莱斯大学的James M. Tour集团领导的研究使用激光3D打印方法从糖晶体中提取材料,并生成石墨烯泡沫。

石墨烯泡沫的3D打印立方体和其分子组成的SEM图像。

在麻省理工学院,研究人员采用了数学方法对石墨烯的结构检算,并提出了一个陀螺仪作为最佳的3D形状。在哈尔滨工业大学也已经使用了石墨烯氧化物来制造出符合高强度混凝土性能的结构。

由石墨烯氧化物/地质聚合物油墨制成的3D打印测试结构。

堪萨斯州立大学,布法罗州立大学和兰州大学三位研究员合作开发出轻巧,破纪录的石墨烯气凝胶。他们使用的方法将喷墨3D打印深入冻结。

林,周,张研发的三维石墨烯气凝胶重量只有0.5毫克每立方厘米。如支持媒体所示,这意味着诸如花瓣或棉球之类的脆弱物体可以支撑3D打印数量的材料而不会弯曲。

林董持有将打印在堪萨斯州野猫标志上的石墨烯气凝胶3D样品。 在他旁边的屏幕上显示了3D石墨烯气凝胶Wildcat头部放在向日葵的花瓣上。

使用专门开发的3D打印喷墨方法制造石墨烯气凝胶的3D结构。 通过将氧化石墨烯(GO)粉末与脱油(DI)水混合来制备油墨。 这被装入两个注射器筒中,一次喷射墨滴。

墨水打印的床和室已被研究人员调整到低温环境。 当油墨沉积时,DI水冻结,将石墨烯固化成3D形状。

打印后,该结构进一步进行两次冷冻处理以将颗粒粘结在一起。 在48小时的干燥过程和热退火之后,最终的3D气凝胶被覆盖。

3D石墨烯气凝胶的样品出现了深层冻结。

3D石墨烯气凝胶将使其成为“吉尼斯世界纪录”2018年版。 林,周,张等合作人员的支持研究Feng Zhang,Sai Pradeep Medarametla和Hui Li可以在2016年2月发表的“小型杂志”上发表,第12卷,第13期。

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