【前沿】新型石墨烯气凝胶3D打印技术有多神奇？

《3D打印世界》讯/ 日前，美国堪萨斯州立大学（K-State）的研究人员研发出一种全新工艺——将3D打印与冷冻铸造结合起来，制造出就有复杂微观结构的超轻石墨烯气凝胶。研究人员们希望，这一新技术能为气凝胶材料应用开辟新的用途。

气凝胶是一种具有海绵状结构的低密度材料，它与石墨烯相结合可以获得的一些特别的属性，比如高压缩性、高电导率，制作减震结构、固态电池和催化剂等，但石墨烯气凝胶的孔结构小而曲折，生产起来并不容易。

“由于石墨烯的粘度很高，还必须降低粘度后才能进行3D打印。”堪萨斯州立大学的林栋博士表示。

在以往方式中，要打印石墨烯气凝胶结构，研究人员通常先将石墨烯与聚合物或者硅混合在一起，然后使用喷墨打印机在室温或者高温下挤出这些石墨烯混合物。随后，通过燃烧或者化学过程来去除聚合物或硅。但是，这样可能会损坏气凝胶的结构。另外，这种层叠式的打印技术很难制造出中空的复杂结构。由于其分层结构，3D打印气凝胶也往往会导致材料的物理性能变差。

林栋博士和同事们研发的技术不仅能省去这些繁琐的操作，还能高效地制造出结构复杂的石墨烯气凝胶。他们将石墨烯氧化物与水混合，并在﹣25℃的低温环境下进行3D打印。这样每打印出来的一层都会被冰冻住，然后在冰的支持下再打印下一层。而且，他们发现当沉积这些石墨烯氧化悬浮物到冷冻结构上时，会解冻已经结冰的表面，从而造成层与层之间自由混合并重新结冰，形成了氢键并改善了气凝胶结构的完整性。将3D打印机设置为两个打印头，一个注出水，一个注出石墨烯氧化悬浮物，就可以轻松创建复杂结构。最后，还需要将产生的气凝胶至于液氮中进行冷冻干燥以去除水分，然后加热使其成为气凝胶。

在此基础上，研究者们能够创建出密度范围在0.5-10毫克每立方厘米的气凝胶，而且具有良好的导电性和高压缩性。研究人员准备下一步研究增加喷嘴，使用多种材料创建气凝胶结构。

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