美國勞倫斯利福摩爾國家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的研究人員最近利用一種稱為"直接墨水書寫"(directink writing)的3D打印技術(shù)，開發(fā)出具有可客制設(shè)計(jì)架構(gòu)的石墨烯氣體凝膠微晶格。這種3D打印氣體凝膠可望用于實(shí)現(xiàn)更好的能量儲存、傳感器、納米電子，以及催化與分離作用。

 

這種3D打印的石墨烯氣體凝膠具有高表面積、絕佳的導(dǎo)電性、重量輕以及展現(xiàn)機(jī)械剛度與超壓縮性(高達(dá)90%的壓縮應(yīng)力)等特點(diǎn)。此外，3D打印的石墨烯氣體凝膠微晶格還表現(xiàn)出比大型石墨烯材料更進(jìn)一步的性能提升，以及更有效的大量傳輸。

 

這種氣體凝膠是一種由膠體而來的人造多孔超輕質(zhì)材料，其中，膠體的液體成份已經(jīng)由氣體所取代了。這項(xiàng)研究發(fā)表在最新一期的《自然通訊》(Nature Communications)雜志。

 

 

勞倫斯·利福摩爾國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員透過直接墨水書寫3D打印技術(shù)，制作出具有可設(shè)計(jì)架構(gòu)的石墨烯氣體凝膠微晶格。（來源：LLNL）
 

 

研究人員解釋，以往在嘗試制作大量石墨烯氣體凝膠時(shí)，經(jīng)常產(chǎn)生隨機(jī)的孔洞結(jié)構(gòu)，無法針對像分離、液流電池和壓力傳感器等特定應(yīng)用的需求，專門在材料上設(shè)計(jì)傳輸或其他機(jī)械特性。

 

“以一種可控制且可擴(kuò)展的組裝方法為特定應(yīng)用制作具有可客制宏架構(gòu)的石墨烯氣體凝膠，至今仍是一項(xiàng)無法解決的重大挑戰(zhàn)，”該研究報(bào)告的共同作者M(jìn)arcus Worsley表示。“3D打印讓我們能更智能化設(shè)計(jì)氣體凝膠的孔洞結(jié)構(gòu)，從而能控制大量制造與傳輸，以及優(yōu)化實(shí)體特性，例如剛性。這一發(fā)展可望為氣體凝膠的創(chuàng)新與創(chuàng)造力應(yīng)用開啟更多設(shè)計(jì)空間。”

 

在制造過程中，石墨烯氧化物(GO)墨水混合了水性GO懸浮液和二氧化硅填料，形成一種均勻且粘性高的墨水。接著將這種GO墨水注入注射器管，并經(jīng)由微型噴嘴擠出形成3D圖案結(jié)構(gòu)。

 

“為氣體凝膠導(dǎo)入3D打印技術(shù)，使其得以制作出無數(shù)復(fù)雜的凝膠架構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械特性與可壓縮性等應(yīng)用，這是以往無法達(dá)到的成果，”該研究報(bào)告的另一作者Cheng Zhu表示。