突破！華裔科學(xué)家借3D打印技術(shù)制造出了石墨烯氣凝膠

石墨烯氣凝膠是一種極具應(yīng)用前景的混合材料。不久之前誕生的世界首個(gè)3D打印超級(jí)電容器就是用它制造的�，F(xiàn)在，這種超級(jí)材料的應(yīng)用范圍即將大大拓寬，因?yàn)槊绹?guó)堪薩斯州立大學(xué)（K-State）已經(jīng)開發(fā)出了一種新方法，能夠通過3D打印技術(shù)將其制造出來。

“開發(fā)這種新方法并不容易，因?yàn)槭�墨烯很難控制，”主要研究者林棟博士解釋說，“所以必需首先改變它的高粘度，才能用上3D打印技術(shù)。”

目前，制造石墨烯氣凝膠的常規(guī)方法是用噴墨打印機(jī)在室溫或以上的溫度下擠出石墨烯與聚合物或二氧化硅的混合物，然后再將后者用化學(xué)或加熱法去除。不過這種層疊式制造法有著明顯的缺點(diǎn)，比如有可能破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)，很難制造出懸浮式復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以及成品氣凝膠物理性能較差等，而K-State的這種新技術(shù)則通過將“凝固鑄造”與3D打印相結(jié)合解決了這個(gè)問題。

據(jù)南極熊了解，這種方法實(shí)際上將石墨烯氧化懸浮物與水混合，然后在-25℃的環(huán)境下將其3D打印到一個(gè)表面上。它的好處就是水會(huì)結(jié)冰，將完成的打印層固定住，同時(shí)起到支持作用，令下一層得以繼續(xù)順利打印。

這種方法還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是能提高氣凝膠結(jié)構(gòu)的完整性，因?yàn)楫?dāng)石墨烯氧化物沉積到到冷凍結(jié)構(gòu)上時(shí)，沒有凍住的部分會(huì)解凍已經(jīng)凍住的表面，令層與層之間自由混合并重新結(jié)冰 — 這會(huì)形成氫鍵，而它可以對(duì)氣凝膠結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

此外，使用這種方法還能創(chuàng)造出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠。這同樣是因?yàn)樗畷?huì)結(jié)冰，形成支撐，從而實(shí)現(xiàn)石墨烯氧化懸浮物的層積。

最后，只要將水分去除，就得到了最初的目標(biāo) — 石墨烯氣凝膠。目前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已經(jīng)用這種方法制造出了密度（0.5-10）毫克/立方厘米的氣凝膠。它不但質(zhì)量高，而且表現(xiàn)出了良好的導(dǎo)電性和高壓縮性。未來，研究人員還會(huì)進(jìn)一步開發(fā)這種方法，希望能實(shí)現(xiàn)用多噴嘴和多材料的打印。

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