『新突破』二维石墨烯的3D打印新工艺，分辨率可达到10微米！

石墨烯是一种典型的二维材料，其主要制备工艺一般都是机械剥离、液相剥离、CVD法、外延生长等，近期有科学家采用3D打印的工艺，得到了不一样的石墨烯，一起看看吧！

弗吉尼亚理工大学工程学院和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员开发了一种新的3D打印石墨烯工艺，石墨烯迄今为止测试过的最强材料之一，其分辨率比之前印刷的产品高出一个数量级。

来自弗吉尼亚理工大学和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员开发出一种新颖的方法通过3D打印制造电池和航空航天工业中最高性能材料之一的复杂物体。

以前，研究人员只能在2D板材或基本结构中印刷这种材料石墨烯材料。但弗吉尼亚理工大学的工程师现在已经合作开展了一个项目，该项目允许他们以比印刷前更高的分辨率对石墨烯进行3D打印，这开启了理论上创造石墨烯任何尺寸和形状的能力。

众如周知，石墨烯是地球上公认的测试过的最强材料之一，如其高导热性和导电性，3D打印的石墨烯对象在某些行业中将备受瞩目，包括电池，航空航天，分离，热管理，传感器和催化。

石墨烯是以六边形晶格组织的单层碳原子。当石墨烯片整齐地堆叠在彼此之上并形成三维形状时，它变成石墨，通常称为铅笔中的“铅”。

由于石墨是简单的石墨烯包装在一起，因此它具有相当差的机械性能。但是如果石墨烯片与充满空气的孔分离，则三维结构可以保持其性质。该多孔石墨烯结构称为石墨烯气凝胶。

“现在设计师可以设计由相互连接的石墨烯片组成的三维拓扑结构，” 弗吉尼亚理工大学工程学院机械工程系助理教授，  先进制造与超材料实验室主任  Xiaoyu“Rayne”Zheng说  。“这种新的设计和制造自由度将导致石墨烯气凝胶无法实现的强度，导电性，传质，强度和重量密度的优化。”

放大在开花的草莓上的石墨烯八位组桁架

也是大分子创新研究所的附属教员  ，已获得研究纳米级材料的资助，并将其扩展到轻型和功能性材料，用于航空航天，汽车和电池。

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Xiaoyu (Rayne) Zheng助理教授

以前，研究人员可以使用挤压工艺打印石墨烯，有点像挤牙膏，但这种技术只能创建堆叠在自身顶部的简单物体。“使用这种技术，你可以创造非常有限的结构，因为没有支持，分辨率非常有限，所以你无法获得自由形态因素，”郑教授说。“我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。”

这个项目是在三年前开始的，当时Ryan Hensleigh是该文章的第一作者，现在是高分子科学与工程三年级的博士生，目前在加利福尼亚州利弗莫尔的劳伦斯利弗莫尔国家实验室实习  。Hensleigh开始与郑教授合作，后者当时是劳伦斯利弗莫尔国家实验室技术人员。当郑教授在2016年加入弗吉尼亚理工大学的教师时，Hensleigh作为一名学生跟随并继续从事该项目。

为了创造这些复杂的结构，Hensleigh开始使用氧化石墨烯，石墨烯的前体，交联片材以形成多孔水凝胶。用超声波破碎氧化石墨烯水凝胶并添加光敏丙烯酸酯聚合物，Hensleigh可以使用投影微立体光刻法创建所需的固体3D结构，其中石墨烯氧化物被捕获在刚性的丙烯酸酯聚合物长链中。最后，Hensleigh将3D结构放置在炉子中以烧掉聚合物并将物体融合在一起，留下纯净的石墨烯气凝胶。“与已经完成的相比，这是一项重大突破，”Hensleigh说道。“我们可以做出你想要的任何所需的结构。”

放大SEM图片：石墨烯八位组桁架，分辨率为1微米（左），分辨率为10微米（右）

最近与劳伦斯利弗莫尔国家实验室合作者在Materials Horizons杂志上发表的这项工作的关键发现是，研究人员创造了石墨烯结构，其分辨率比以往印刷的数量级更精细。Hensleigh说其他工艺可以打印到100微米，但新技术的分辨率可达到10微米，甚至接近实际石墨烯片的大小。

“我们已经能够证明你可以制作一个复杂的三维石墨烯结构，同时仍保留一些内在的主要特性，”郑说。“通常当你尝试3D打印石墨烯或放大结构时，打印件机械性能会大打折扣。”

论文的共同作者包括郑教授实验室的博士生Huachen Cui和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的六个人：James Oakdale, Jianchao Ye, Patrick Campbell, Eric Duoss, Christopher Spadaccini, and Marcus Worsley。

主要内容由Carbontech团队编译整理，仅供参考！

原文链接;

https://vtnews.vt.edu/articles/2018/08/engineering-3dprinted-graphene.html