科學(xué)家成功使用石墨烯3D打印出指定結(jié)構(gòu)
魔猴君 行業(yè)資訊 3583天前
盡管目前大多數(shù)桌面級3D打印機(jī)都僅限于塑料線材,但許多制造專家都認(rèn)為,該技術(shù)更多的創(chuàng)造潛力蘊藏在范圍更廣的其它材料及其應(yīng)用特性上,比如石墨烯這種神奇的高科技材料。因此,當(dāng)倫敦一個科學(xué)家團(tuán)隊成功地使用石墨烯材料完成3D打印后,不可避免地吸引了眾多關(guān)注的目光。
眾所周知,石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料,只有一個碳原子的厚度。它有很多有趣的特性:幾乎完全透明、導(dǎo)電性強(qiáng)、可彎折、機(jī)械強(qiáng)度好(比鋼強(qiáng)約一百倍)。從它2004年第一次被成功制造出來之后,就被科技界廣泛看好,認(rèn)為它是一種顛覆性的全新材料。
近日,來自倫敦帝國學(xué)院材料系的一個研究團(tuán)隊,由EstherGarciaTunonBlanca、SuelenBarg、VictoriaGarciaRocha和EduardoSaizGutierrez教授組成,并聯(lián)合來自Warwick大學(xué)、Bath大學(xué)和deSantiagodeCompostela大學(xué)的團(tuán)隊,找到了一種3D打印石墨烯的方法。
他們開發(fā)的這種技術(shù)主要基于FDM3D打印,已經(jīng)發(fā)表在今年1月份出版的《AdvancedMaterials》雜志上,標(biāo)題《為使用石墨烯進(jìn)行三維度打?。≒rintinginThreeDimensionswithGraphene)》。
這里需要說明的是,要制造石墨烯對象需要精準(zhǔn)地復(fù)制出石墨烯六邊形圖案。為了做到這一點,倫敦帝國學(xué)院的團(tuán)隊開發(fā)出了一種“FDM線材”,這種線材含有混合了響應(yīng)型聚合物(可誘導(dǎo)觸發(fā)某種行為的聚合物)的石墨烯薄片。在這種情況下,石墨烯薄片的化學(xué)屬性發(fā)生了一定的變化,使其具有了適當(dāng)?shù)恼硰椥裕⒛芘c上下層石墨烯薄片結(jié)合在一起。
最初,研究團(tuán)隊的目標(biāo)是3D打印完整的石墨烯結(jié)構(gòu),而非復(fù)合材料。這在一個水基體系里似乎是能夠?qū)崿F(xiàn)的。但該項研究的負(fù)責(zé)人García-Tu?onBlanca解釋說,這實際上是不可能的。“石墨烯是非常疏水的,因此不可能直接配制到水基油墨中。研究人員因此使用了一種經(jīng)過化學(xué)改性的石墨烯——也被稱為石墨烯氧化物(GO)——來代替。GO可在水中進(jìn)行處理,并建立所需的結(jié)構(gòu)?!?/span>
簡單地說,它具有類似塑料線材的功能。García-Tu?onBlanca告訴記者稱:“我們的配方材料擁有熔融沉積式3D打印工藝中所需要的流動性和物理性能:他們能夠流過很小的噴嘴,并在通過后立即固化,保留形狀?!彼f,“我們用這種二維物質(zhì)作為構(gòu)建材料以創(chuàng)建宏觀3D結(jié)構(gòu)。我們使用的技術(shù)被稱為直接墨水書寫(DIW)也被稱為直接寫組件(DWA),或Robocasting?!?/span>
據(jù)研究人員介紹,這種石墨烯“線材”能夠通過擠出頭3D打印100微米層厚的對象。而García-Tu?onBlanca感覺它也可以適用于其它的層厚設(shè)置。一旦3D打印成指定的結(jié)構(gòu)之后,這個石墨烯對象還需要進(jìn)行熱處理,以確保它具有石墨烯的所有特性。在此之后,這些3D打印對象就可以用于各種處理,并且仍然會保持其石墨烯的性質(zhì)。
由此來看,這項研究似乎是非常成功的,盡管García-Tu?onBlanca指出,“在增材制造和石墨烯技術(shù)方面仍然有許多挑戰(zhàn)需要克服。離我們能夠直接3D打印出一臺多材料、多部件、可實際使用的設(shè)備還有很長的路要走。
作為此次研發(fā)項目的一部分,科學(xué)家們正在為其石墨烯線材尋找特定的應(yīng)用,比如柔性電子等。他們還聯(lián)手ImperialInnovations共同探索他們的3D打印石墨烯技術(shù)的商業(yè)化路徑。據(jù)說他們的一些工業(yè)合作伙伴已經(jīng)接近開發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)用。一項正在進(jìn)行中的計劃是為機(jī)器人結(jié)構(gòu)3D打印石墨烯“皮膚”。(本文來源:慧聰網(wǎng))