石墨烯氣凝膠成最輕3D打印材料，新世界紀錄
石墨（mò）烯氣凝膠成最輕3D打印材料，新世界紀錄
據了解，由法羅大學、堪薩斯州立大學和（hé）中國蘭州（zhōu）大學的三位研究員開發（fā）的3D打印石墨（mò）烯氣凝膠被吉尼斯世界（jiè）紀（jì）錄評為“最密集的3D打印結構”。3D打印石墨烯氣凝（níng）膠（jiāo）重量極輕，每立（lì）方厘米僅重0.5毫克，放在棉（mián）花或花瓣頂都可以（yǐ），可以（yǐ）製造出就有複雜微觀結構的超輕石墨（mò）烯氣凝（níng）膠。研究人員們希望這一新（xīn）技術能夠為（wéi）此類材料開（kāi）辟新的用途。
所謂的氣凝膠，是一種具有海綿狀結構的低密度材料。它可以用於很多重要的用（yòng）途（tú），比如作為熱（rè）和（hé）光的絕緣體等。而研究人員們尤為感興趣的是石墨烯與氣凝膠相結合所獲得的一些特別的屬性，比如高壓縮性、高電導率和一直被熱捧的在製（zhì）造可能的減震結構、固態電池和催化劑等方（fāng）麵的用途（tú）。
盡管很多人將3D打印技術看作使用石墨烯氣凝膠材料製造（zào）複雜結構來用於上述應用的一個很有前途的方法。但（dàn）是（shì）實際做起（qǐ）來（lái）遠非那麽簡單。“為了能夠進行3D打印你需（xū）要首先改變石墨烯的粘（zhān）度，因為它是真的很高。”研發人員表示。由於機械強（qiáng）度超（chāo）過鋼，導電性和導熱性以（yǐ）及不尋常的（de）磁性（xìng），全球石墨烯市場自2010年以來一直在蓬（péng）勃發展（zhǎn）。適合作為電子設備電源選（xuǎn）材，以及智能穿戴式和柔性LED屏幕等未來技術。目前麵對的挑戰是難以大規模生產，並保（bǎo）留其特性。
傳統上，要打（dǎ）印石墨烯氣凝膠結構，研究人員傾向（xiàng）於（yú）先將石墨烯與聚合物或者矽混（hún）合在一起，然後使用噴墨打（dǎ）印機在室溫或者高溫下擠出這些石墨烯混合物。隨（suí）後，通過燃（rán）燒或者（zhě）化學過程來去除聚合物或矽（guī），但是這樣（yàng）可能會損壞氣凝膠的結構。另外這種層疊式（shì）的打印技術很難製造出像懸浮物那樣的複雜結構。由於其分層結構，3D打印氣凝膠也往往會導致材料的物理性能更差。
研究人（rén）員（yuán）使用具有兩個噴嘴的改進型噴墨（mò）打印機來3D打印石墨烯氣凝膠。將氧（yǎng）化石墨烯和水混合的3D打印液滴放進-20℃的冰箱中，得到由石墨烯和水（shuǐ）組成的3D冰結構，使（shǐ）石墨烯保持形狀（zhuàng）。在3D打印結構之後，研究人員將（jiāng）3D材料放置在冷凍幹燥器中，通過高真空和低溫去除冰（bīng）。留（liú）下3D石墨烯氣凝膠，室溫下也能保持形狀不變。
其中一位研究人（rén）員表示，石墨烯是一種革命性的材料，其氣凝膠形式也極為重要。通過這（zhè）種3D打（dǎ）印方法，可以控製（zhì）石墨烯氣凝膠的形狀（zhuàng），理想情況下還可以控製氣凝膠的電氣和機械性能。極輕巧的3D打印石（shí）墨烯氣凝（níng）膠可用於製造（zào）柔性（xìng）電池，半導（dǎo）體，甚至建築物絕緣，未來應（yīng）用將更為廣泛。
3他（tā）們將石墨烯氧化物與水混合在一起，然後再零下25攝氏度的溫度下將其3D打印到一個表麵上。這樣每（měi）打印出來的一層都會被冰凍住，然後在冰的支持下再打印下一層（céng）。而且，他（tā）們發現當沉積這些石（shí）墨烯氧化（huà）懸浮物（wù）到冷凍結構上時，未凍（dòng）的材料會解凍已經結冰的表麵，從而造成層與層之（zhī）間自由混合並重新結冰，形成（chéng）了氫鍵和並改善了氣凝膠結構（gòu）的（de）完整性。另外通過使用第二個注滿純水的3D打印機噴嘴，他們也可以創建複（fù）雜結構，因為水形成了冰支撐，在此基礎上他們就能層積石墨烯氧化懸（xuán）浮物。
最（zuì）後（hòu），將（jiāng）產（chǎn）生的氣（qì）凝膠至於液氮中進行冷凍幹燥以去除水分，然後加熱使其成為氣凝膠。根據這種技術，研究者們能夠創建出密（mì）度範圍在0.5到10毫克每（měi）立方厘米的氣凝膠，而且其具有良好的導電性（xìng）和高壓縮性。如今，研究人員希望能（néng）夠進一步研究他們的多噴嘴方法是否可以使用多種材料創（chuàng）建氣凝膠結構。
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