| 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》 |
