近日，韓國電工研究所（KERI）的一個團隊完全使用石墨烯成功地3D打印出了一個納米結(jié)構(gòu)，這是歷史上的第一次，具有劃時代的意義，證明了將純石墨烯材料用于3D打印的可能性。

        該研究成果發(fā)表在2014年11月出版的《Advanced Materials》上，研究人員使用拉伸的油墨彎液面制作出3D結(jié)構(gòu)的還原氧化石墨烯（RGO）納米線。顯然，與大多數(shù)使用線材或粉末做材料的3D打印方法不同，KERI的方法更加精細。“這種方法（指拉伸油墨彎液面法）使我們能夠?qū)崿F(xiàn)比噴嘴孔徑更精細的打印結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的制造。”該研究團隊負責人Seung Kwon Seol教授稱。

        這對于在打印的電子器件中實現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)是一個很重要的進展，這其中石墨烯將發(fā)揮非常重要的作用。

        所謂石墨烯，是由單層碳原子形成的特殊材料，它以其獨特的性能，如超凡的導電性、柔韌性和透明性，使之成為從電子到能量存儲到商業(yè)應用的理想材料。然而，科學家們面臨的挑戰(zhàn)是如何在微米和納米尺度操縱石墨烯片，這需要非常高的精確度。很多科學家認為，3D打印工藝可能是解決方案。

        在研究團隊發(fā)表的論文中描述了Seol教授的研究小組如何利用彎液面作為一種更新穎的方法來實現(xiàn)納米級3D打印。首先，科學家在室溫下使用微量吸管在其前端形成彎液面，隨后在上面生長出石墨烯氧化物（GO）線。該導線然后通過熱或化學處理（用肼）削減。隨著熔劑迅速蒸發(fā)，微量吸管拉動石墨烯氧化物（GO）沉積，從而實現(xiàn)GO線的生長。

GO納米線的制造通過拉動一個含有GO懸浮浮液的微量吸管（GO板厚度為0.9±0.1納米），以及在水蒸發(fā)過程中拉伸該彎液面來實現(xiàn)。 在上圖圈中（右下）：FE-SEM圖像顯示出一個生長成的rGo納米線，直徑為400納米。via Nanowerk & Advanced Materials

        通過調(diào)整吸移管的拉伸率，研究人員能夠準確地控制rGo納米線，并能達到約為150納米的最小值。研究人員指出，他們的做法可有效用于3D打印石墨烯納米結(jié)構(gòu)以及多材料3D納米打印。據(jù)了解，利用這種技術(shù)，它們可以產(chǎn)生各種獨立式的rGO結(jié)構(gòu)，包括直導線、橋梁、懸浮結(jié)和編織結(jié)構(gòu)等。

        迄今為止，市場上出現(xiàn)了石墨烯增強型的3D打印復合線材，但它其實有一些問題，在復合材料中加入石墨烯確實會提升塑料屬性，但是塑料材料同時會惡化石墨的固有性質(zhì)。此外，傳統(tǒng)的FDM打印方法根本不可能實現(xiàn)在納米尺度打印3D對象。

        “據(jù)我們所知，之前沒有完全用石墨烯做材料3D打印納米結(jié)構(gòu)的報道。”Seol教授說。“我們確信，這種做法將帶來一種3D打印電子的新模式。”

        顯而易見，使用石墨烯材料的3D納米打印技術(shù)的出現(xiàn)將為各種理論上存在的“科幻產(chǎn)品”問世打開大門，比如納米機械、納米機器人等。