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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(yuǎn)非那么簡單。“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。

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(jī)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(jī)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(jìn)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(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(jié)構(gòu)。