高功能化石墨烯3D打印材料誕生 具有良好的應用前景

發(fā)布時(shí)間：2020-09-07

近日，浙江大學(xué)的研究團隊利用甘油分子對氧化石墨烯的溶劑化作用，設計了氧化石墨烯/甘油3D打印墨水。該項研究開(kāi)拓了新型三維石墨烯框架材料的范疇，為石墨烯材料在儲能、復合材料、催化等領(lǐng)域的應用奠定了基礎。

研究團隊設計了高濃度均相的氧化石墨烯/甘油分散液作為3D打印墨水，探索了氧化石墨烯濃度對于分散液流變行為的影響。他們利用墨水直寫(xiě)技術(shù)，制備石墨烯微晶格材料。得到的石墨烯微晶格材料表現出高密度、高強度、高可壓縮性和高導電性的特質(zhì)，具有良好的應用前景。

溶劑化石墨烯基材料是石墨烯宏觀(guān)組裝體制備領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。利用氧化石墨烯水系分散液的液晶行為和膠體性質(zhì)，科學(xué)家們此前已發(fā)展出了一系列以氧化石墨烯為前驅體制備石墨烯纖維、膜、氣凝膠等宏觀(guān)組裝體的路線(xiàn)。然而，這些路線(xiàn)在適配3D打印技術(shù)時(shí)，出現了新挑戰。3D打印技術(shù)對打印墨水有高黏度、高模量、快速剪切變稀等嚴苛的流變要求，傳統的氧化石墨烯分散液難以達到。

3D打印技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)其打印材料的發(fā)展，目前較為成熟的3D打印技術(shù)包括SLS、SLA、FDM等，因打印技術(shù)的不同所對應的打印材料也就不同，例如SLS常用的打印材料是金屬粉末，而SLA通常用光敏樹(shù)脂，FDM采用的材料比較廣泛，如ABS塑料、PLA塑料等。

石墨烯被稱(chēng)為黑金、新材料之王，科學(xué)家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。 它是目前已知最薄的材料，只有一個(gè)碳原子厚，它同時(shí)又是最強的材料，比結構鋼強約200倍。石墨烯的導電性能優(yōu)于銅，而熱傳導性?xún)?yōu)于所有其他材料。石墨烯幾乎是完全透明的，但它的結構如此緊密，即使是最小的原子氦也無(wú)法穿過(guò)它。作為目前發(fā)現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯極有可能掀起一場(chǎng)席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

早在2016年，知名石墨烯企業(yè)、倫敦上市公司HGI全資子公司HCS就宣布將與熱塑性3D打印線(xiàn)材生產(chǎn)商Filamentprint公司及Fullerex公司共同合作，推廣和銷(xiāo)售石墨烯增強聚乳酸（PLA）線(xiàn)材以用于3D打印應用。

據悉，這款石墨烯增強型PLA線(xiàn)材，有1.75毫米、2.85毫米線(xiàn)徑兩種規格可供選擇，該線(xiàn)材擁有出色的首層附著(zhù)力和Z軸強度保持率、更快的處理速度、改進(jìn)的強度和性能、優(yōu)良的表面效果和改進(jìn)的尺寸精度等特性。

不難想象，如果能夠成功實(shí)現用石墨烯作為3D打印材料，那么3D打印機能夠構建的零部件在強度、輕質(zhì)化、柔韌性以及導電性等方面的性能表現將會(huì )大幅度的提高。