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科学家研发世界最轻的结构

2019-10-23| 发布者: www.d83w.com | 查看: 1992|原作者: 东部三维网

摘要:据了解,由法鲁大学,堪萨斯州立大学和中国兰州大学的三名研究人员开发的3D打印石墨烯气凝胶被吉尼斯世界纪录评为“最稠密的3D打印结构”。3D打印的石墨烯气凝胶非常轻,每立方厘米仅重0.5毫克,可以放置

据了解,由法鲁大学,堪萨斯州立大学和中国兰州大学的三名研究人员开发的3D打印石墨烯气凝胶被吉尼斯世界纪录评为“最稠密的3D打印结构”。 3D打印的石墨烯气凝胶非常轻,每立方厘米仅重0.5毫克,可以放置在棉或花瓣的顶部,以生产具有复杂微结构的超轻石墨烯气凝胶。研究人员希望这项新技术将为此类材料开辟新用途。

所谓的气凝胶是具有海绵状结构的低密度材料。它可以用于许多重要目的,例如用于热和光的绝缘体。研究人员特别感兴趣的是石墨烯与气凝胶结合的特殊性能,例如高可压缩性,高导电性,以及可能的减震结构,固态电池以及催化剂等用途的广受欢迎的制造。

尽管许多人认为3D打印是使用石墨烯气凝胶材料制造复杂结构以实现这些应用的一种有前途的方法。但是实际工作远非简单。 “为了能够进行3D打印,首先必须改变石墨烯的粘度,因为它的粘度很高,”开发人员说。自2010年以来,全球石墨烯市场一直在蓬勃发展,这是由于其机械强度超过了钢材,具有良好的电导率和导热率以及非凡的磁性能。适用于电子设备的电源选择,以及诸如智能可穿戴和柔性LED屏幕之类的未来技术。现在的挑战是很难批量生产并保持其特性。

传统上,为了打印石墨烯气凝胶结构,研究人员倾向于将石墨烯与聚合物或硅混合,然后使用喷墨打印机在室温或高温下挤出这些石墨烯共混物。随后,通过燃烧或化学过程除去聚合物或硅,但这可能会损坏气凝胶的结构。另外,这种堆叠式印刷技术难以产生诸如悬浮物的复杂结构。由于其分层结构,3D打印的气凝胶也往往会导致材料的物理性能变差。

研究人员使用带有两个喷嘴的改进型喷墨打印机对石墨烯气凝胶进行3D打印。将其中混合有氧化石墨烯和水的3D打印液滴置于-20℃的冰箱中,以获得由石墨烯和水组成的3D冰结构,以保持石墨烯的形状。在3D打印结构之后,研究人员将3D材料放入冷冻干燥机中,以通过高真空和低温除去冰。保留3D石墨烯气凝胶以在室温下保持形状。

其中一位研究人员说,石墨烯是一种革命性的材料,其气凝胶形式极为重要。通过这种3D打印方法,可以控制石墨烯气凝胶的形状,理想情况下,可以控制气凝胶的电气和机械性能。极其轻巧的3D打印石墨烯气凝胶可用于制造柔性电池,半导体,甚至用于建筑绝缘,并将在未来得到更广泛的应用。

3他们将氧化石墨烯与水混合,然后在零下25摄氏度的温度下3D打印到表面上。这样,打印的每一层都将被冷冻,然后在冰的支持下进行打印。此外,他们发现,当将这些氧化石墨烯悬浮液沉积到冷冻结构上时,未冷冻的材料会融化已经冷冻的表面,使各层自由混合并结冰,形成氢键并改善气凝胶结构的完整性。此外,通过使用填充有纯水的第二个3D打印机喷嘴,由于水形成冰载体,它们还可以创建复杂的结构,在此基础上它们可以将氧化石墨烯悬浮液分层。

最后,将所得气凝胶在液氮中冻干以除去水分,然后加热使其成为气凝胶。根据这项技术,研究人员能够制造密度为每立方厘米0.5到10毫克不等的气凝胶,它们具有良好的导电性和高压缩性。今天,研究人员希望进一步研究他们的多喷嘴方法是否可以使用多种材料创建气凝胶结构。



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