美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的研究人員是3D打印技術(shù)的忠實擁躉。過去兩年來, LLNL從發(fā)明金屬3D打印的新材料到對3D打印對象進行復(fù)雜的壓力測試,以及其它具有重要意義的項目,比如開發(fā)更加規(guī)范的3D打印軟件等。
最近,LLNL又宣布了一項3D打印應(yīng)用新突破,他們3D打印的輕量級石墨烯氣凝膠展現(xiàn)了超級可壓縮性,提供了高達90%的壓縮應(yīng)變。氣凝膠,是世界上密度最輕的固體,也被稱為“凝煙”,它是用氣體取代凝膠中的液體制成的,因此其重量的90%以上是空氣,這種極輕物質(zhì)具有一些杰出的特性。
通過直接使用油墨進行3D打印,LLNL的研究人員已經(jīng)能夠設(shè)計出一種革命性的架構(gòu),遠遠超過傳統(tǒng)的創(chuàng)建大宗石墨烯氣凝膠的方法,傳統(tǒng)的方法只能“產(chǎn)生隨機的孔隙結(jié)構(gòu)”,不能為像傳感器、液流電池、分離器等這些項目提供有效的機械傳輸。
“使用一種可控、可量度的制造方法來根據(jù)特定的應(yīng)用,設(shè)計出定制的宏觀架構(gòu)來制造石墨烯氣凝膠,已經(jīng)成了我們能夠解決的挑戰(zhàn)。”工程師Marcus Worsley說,他是相關(guān)論文的共同作者之一,該論文已經(jīng)發(fā)表在了
“3D打印可以實現(xiàn)氣凝膠孔結(jié)構(gòu)的智能設(shè)計,從可以控制它的質(zhì)量傳輸(由于其小而曲折的孔結(jié)構(gòu),氣凝膠通常需要很高的壓力梯度才能實現(xiàn)質(zhì)量傳輸)和物理屬性的優(yōu)化,比如剛性等。這一進展為將氣凝膠用于新穎和創(chuàng)造性的應(yīng)用開拓了設(shè)計空間。”
在這一新的工藝中,研究人員使用的是還有石墨烯氧化物(GO)成分的打印油墨。這種油墨是由水性石墨烯氧化物懸浮液和二氧化硅填料組成的,在3D打印時通過一個微型噴嘴擠出。
通過3D打印制造出的石墨烯氣凝膠微格(microlattice)具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和高表面積,可以作為一種存儲能量的新載體,并可用于傳感器、納米電子學(xué)、催化、分離等應(yīng)用。
“在氣凝膠上采用3D打印技術(shù)可以制造出無數(shù)復(fù)雜的氣凝膠架構(gòu)以供應(yīng)用,比如其機械性能和可壓縮性,這是從來沒有過的成就。”該論文的另一合作者Cheng Zhu說。
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