弗吉尼亞理工大學(xué)和勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)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(shù)量級。

此前，研究人員只能將石墨烯打印為2D片狀或基本結(jié)構(gòu)。近日，據(jù)《材料地平線》（MaterialsHorizons）雜志報道，美國弗吉尼亞理工大學(xué)（VirginiaTechCollege）和勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LawrenceLivermoreNationalLaboratory）的研究人員合作開發(fā)的項(xiàng)目，使石墨烯的超高分辨率3D打印成為了現(xiàn)實(shí)。采用這種新技術(shù)，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(qiáng)度高（強(qiáng)度最高的材料之一）、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)。3D打印石墨烯材料的技術(shù)可在諸多領(lǐng)域引發(fā)高度關(guān)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(jié)構(gòu)，性能優(yōu)于石墨，但其性能仍無法達(dá)到某些行業(yè)的需求。弗大工程學(xué)院助理教授、高級制造與材料實(shí)驗(yàn)室主任鄭曉宇（音譯）說：“現(xiàn)在，研究人員可以設(shè)計由相互連接的石墨烯薄片組成的三維拓?fù)洳牧狭?。由此帶來的設(shè)計和制造的高自由度，將為石墨烯材料的各項(xiàng)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(shù)只能制造出堆疊于自身表面的簡單結(jié)構(gòu)。鄭分析說：“擠壓工藝可以構(gòu)筑的石墨烯材料結(jié)構(gòu)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。”

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(fù)雜的結(jié)構(gòu)，亨斯萊從氧化石墨烯（石墨烯的前體）出發(fā)，通過交聯(lián)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(shù)創(chuàng)造出理想的立體結(jié)構(gòu)。最后，亨斯萊對3D石墨烯材料進(jìn)行煅燒，除去聚合物并將結(jié)構(gòu)融合在一起。亨斯萊說：“新3D打印技術(shù)使打印分辨率達(dá)到10微米，遠(yuǎn)超其他工藝（100微米）。”鄭補(bǔ)充說：“使用這項(xiàng)技術(shù)，不僅可以獲得有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的石墨烯材料，還能保持其固有性質(zhì)?！?/p>