美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究人員是3D打印技術(shù)的忠實(shí)擁躉。過去兩年來， LLNL從發(fā)明金屬3D打印的新材料到對(duì)3D打印對(duì)象進(jìn)行復(fù)雜的壓力測試，以及其它具有重要意義的項(xiàng)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(xiàng)3D打印應(yīng)用新突破，他們3D打印的輕量級(jí)石墨烯氣凝膠展現(xiàn)了超級(jí)可壓縮性，提供了高達(dá)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(jìn)行3D打印，LLNL的研究人員已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)出一種革命性的架構(gòu)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jī)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(xiàng)目提供有效的機(jī)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(jì)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nth="4" year="2015">4月22日版的《Nature Communications》上。

“3D打印可以實(shí)現(xiàn)氣凝膠孔結(jié)構(gòu)的智能設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)質(zhì)量傳輸）和物理屬性的優(yōu)化，比如剛性等。這一進(jìn)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(jì)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(shí)通過一個(gè)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(chǔ)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(jī)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。