高功能化石墨烯3D打印材料誕生 具有良好的應(yīng)用前景

發(fā)布時間：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(shè)計了氧化石墨烯/甘油3D打印墨水。該項研究開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(fù)合材料、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

研究團隊設(shè)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(xiàn)出高密度、高強度、高可壓縮性和高導(dǎo)電性的特質(zhì)，具有良好的應(yīng)用前景。

溶劑化石墨烯基材料是石墨烯宏觀組裝體制備領(lǐng)域的一個重要課題。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(qū)體制備石墨烯纖維、膜、氣凝膠等宏觀組裝體的路線。然而，這些路線在適配3D打印技術(shù)時，出現(xiàn)了新挑戰(zhàn)。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(tǒng)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(yīng)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通常用光敏樹脂，F(xiàn)DM采用的材料比較廣泛，如ABS塑料、PLA塑料等。

石墨烯被稱為黑金、新材料之王，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀”。 它是目前已知最薄的材料，只有一個碳原子厚，它同時又是最強的材料，比結(jié)構(gòu)鋼強約200倍。石墨烯的導(dǎo)電性能優(yōu)于銅，而熱傳導(dǎo)性優(yōu)于所有其他材料。石墨烯幾乎是完全透明的，但它的結(jié)構(gòu)如此緊密，即使是最小的原子氦也無法穿過它。作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)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打印線材生產(chǎn)商Filamentprint公司及Fullerex公司共同合作，推廣和銷售石墨烯增強聚乳酸（PLA）線材以用于3D打印應(yīng)用。

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

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