新突破！科學家研發3D打印石墨烯氣凝膠方法

3D打印技術前沿又有新突破!日前，美國堪薩斯州立大學(K-State)的研究人員研發出一種新技術，可以製造出就有複雜微觀結構的超輕石墨烯氣凝膠。研究人員們希望這一新技術能夠為此類材料開辟新的用途。

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途，比如作為熱和光的絕緣體等。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造可能的減震結構、固態電池和催化劑等方麵的用途。

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複雜結構來用於上述應用的一個很有前途的方法。但是實際做起來遠非那麽簡單。“為了能夠進行3D打印你需要首先改變石墨烯的粘度，因為它是真的很高。”堪薩斯州立大學的林棟博士說。

傳統上，要打印石墨烯氣凝膠結構，研究人員傾向於先將石墨烯與聚合物或者矽混合在一起，然後使用噴墨打印機在室溫或者高溫下擠出這些石墨烯混合物。隨後，通過燃燒或者化學過程來去除聚合物或矽，但是這樣可能會損壞氣凝膠的結構。另外這種層疊式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。

他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。而且，他們發現當沉積這些石墨烯氧化懸浮物到冷凍結構上時，未凍的材料會解凍已經結冰的表麵，從而造成層與層之間自由混合並重新結冰，形成了氫鍵和並改善了氣凝膠結構的完整性。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浮物。

最後，將產生的氣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度範圍在0.5到10毫克每立方厘米的氣凝膠，而且其具有良好的導電性和高壓縮性。如今，研究人員希望能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建氣凝膠結構。