| 石墨烯是一種擁有獨特性質的二維材料, 但要對其展開充分的利用, 必須將之以 3D 的形式重現. 好消息是, 維吉尼亞理工大學的研究人員們, 已經展示了他們新開發的一種 3D 列印石墨烯氣凝膠方案, 且其解析度遠高於此前的水準. 通常情況下, 石墨烯只需要以 '單層厚度的碳原子片' 的形式出現. 儘管其在某些情況下得到了應用, 但距離實際投入還很遙遠.  新技術讓石墨烯氣凝膠可以被 3D 列印成更大的形狀 簡單地堆疊材料, 可能會降低其強度和獨特的電氣, 化學, 光學性能, 因為此時和普通的石墨也沒有太大差別了. 不過 '石墨烯氣凝膠' 的多孔形式, 設法用空氣將 2D 石墨烯的空隙給填滿了. 其它方法涉及使用雷射將石墨烯鍛造成 3D 形狀, 壓縮成多孔珊瑚狀結構, 泡沫 3D 列印, 或由碳納米管支撐.  石墨烯氣凝膠重量極輕, 甚至可以放在草莓花絲上而不倒. 石墨烯氣凝膠的問題在於, 將它塑造成所需的形狀的方法, 做起來一點也不簡單. 在過去, 它能被擠壓成瘦至 100 微米的細絲, 但難以取得進一步的突破. 而維吉尼亞理工大學的新研究, 就是為了改善這一點. 論文作者鄭曉宇 (音譯) 表示: '通過這項技術, 你可以創造非常有限的結構. 但因為沒有支撐, 其精細度相當受限, 無法獲得更加自由的形態因素' .  新型 3D 列印石墨烯的掃描電鏡顯微映像 (解析度為 10 微米的級別) 他們所做的, 就是將這些石墨烯層設計成任何你想要的高解析度形狀. 為此, 研究人員用氧化石墨烯製備了水凝膠, 並加入了交聯片. 然後使用超聲波將其分開, 與對光敏感的丙烯酸酯聚合物結合. 接著, 團隊可以用時投影微立體光刻技術 —— 這是一種非常精確的 3D 列印形式, 能夠在圍觀尺度上建造結構 —— 建立聚合物的剛性長鏈, 內部則夾著氧化石墨烯.  繼續放大至 1 微米的級別 最後, 研究人員把混合物置於爐中 —— 燒掉聚合物, 並留下石墨烯氣凝膠. 團隊表示, 這項技術可以用來製作任何你想要的三維形狀石墨烯, 且其解析度精細至 10 微米, 較以往提升了一個數量級. 有關這項研究的詳情, 已經發表在近日出版的《材料新視野》 (Material Horizons) 期刊上. 原標題為: 《Additive manufacturing of complex micro-architected graphene aerogels》 |
