弗吉尼亞理工大學和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究人員開發(fā)了一種用于3D打印石墨烯的新工藝。該工藝打印的石墨烯材料的分辨率比之前高一個數量級。

此前，研究人員只能將石墨烯打印為2D片狀或基本結構。近日，據《材料地平線》（MaterialsHorizons）雜志報道，美國弗吉尼亞理工大學（VirginiaTechCollege）和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LawrenceLivermoreNationalLaboratory）的研究人員合作開發(fā)的項目，使石墨烯的超高分辨率3D打印成為了現實。采用這種新技術，理論上可3D打印任何形狀、任何尺寸的石墨烯材料。

石墨烯具有強度高（強度最高的材料之一）、導熱性和導電性好等優(yōu)點。3D打印石墨烯材料的技術可在諸多領域引發(fā)高度關注，如電池、特種、傳感器和催化劑等。石墨烯氣凝膠雖然具有一定的三維結構，性能優(yōu)于石墨，但其性能仍無法達到某些行業(yè)的需求。弗大工程學院助理教授、高級制造與材料實驗室主任鄭曉宇（音譯）說：“現在，研究人員可以設計由相互連接的石墨烯薄片組成的三維拓撲材料了。由此帶來的設計和制造的高自由度，將為石墨烯材料的各項性能帶來巨大改善?！?br/>
以往，研究人員只能通過擠壓工藝打印石墨烯，但這種技術只能制造出堆疊于自身表面的簡單結構。鄭分析說：“擠壓工藝可以構筑的石墨烯材料結構有限，分辨率不高。我們的工藝則能以高分辨率獲得各種形狀的石墨烯材料?！?br/>
3D打印石墨烯的研究始于3年前，論文第一作者瑞安·亨斯萊（RyanHensleigh）一直跟隨鄭開展這方面的研究。為了利用石墨烯創(chuàng)造出復雜的結構，亨斯萊從氧化石墨烯（石墨烯的前體）出發(fā)，通過交聯氧化石墨烯薄片制得多孔水凝膠。然后通過超聲破壞水凝膠，接著加入光敏丙烯酸酯聚合物，再使用微立體光刻技術創(chuàng)造出理想的立體結構。最后，亨斯萊對3D石墨烯材料進行煅燒，除去聚合物并將結構融合在一起。亨斯萊說：“新3D打印技術使打印分辨率達到10微米，遠超其他工藝（100微米）?！编嵮a充說：“使用這項技術，不僅可以獲得有復雜三維結構的石墨烯材料，還能保持其固有性質。”