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石墨烯氣體凝膠可直接3D列印?

上網時間: 2015年04月28日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:直接墨水書寫  3D列印  石墨烯  氣體凝膠  感測器 

美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室(LLNL)的研究人員最近利用一種稱為「直接墨水書寫」(directink writing)的3D列印技術,開發出具有可客製設計架構的石墨烯氣體凝膠微晶格。這種3D列印氣體凝膠可望用於實現更好的能量儲存、感測器、奈米電子,以及催化與分離作用。

這種3D列印的石墨烯氣體凝膠具有高表面積、絕佳的導電性、重量輕以及展現機械剛度與超壓縮性(高達90%的壓縮應力)等特點。此外,3D列印的石墨烯氣體凝膠微晶格還表現出比大型石墨烯材料更進一步的性能提升,以及更有效的大量傳輸。

這種氣體凝膠是一種由膠體而來的人造多孔超輕質材料,其中,膠體的液體成份已經由氣體所取代了。這項研究發表在最新一期的《自然通訊》(Nature Communications)雜誌。

以3D列印的石墨烯氣體凝膠微晶格
勞倫斯·利福摩爾國家實驗室的研究人員透過直接墨水書寫3D列印技術,製作出具有可設計架構的石墨烯氣體凝膠微晶格。
(來源:LLNL)

研究人員解釋,以往在嘗試製作大量石墨烯氣體凝膠時,經常產生隨機的孔洞結構,無法針對像分離、液流電池和壓力感測器等特定應用的需求,專門在材料上設計傳輸或其他機械特性。

「以一種可控制且可擴展的組裝方法為特定應用製作具有可客製巨集架構的石墨烯氣體凝膠,至今仍是一項無法解決的重大挑戰,」該研究報告的共同作者Marcus Worsley表示。「3D列印讓我們能更智慧化設計氣體凝膠的孔洞結構,從而能控制大量製造與傳輸,以及最佳化實體特性,例如剛性。這一發展可望為氣體凝膠的創新與創造力應用開啟更多設計空間。」

在製造過程中,石墨烯氧化物(GO)墨水混合了水性GO懸浮液和二氧化矽填料,形成一種均勻且粘性高的墨水。接著將這種GO墨水注入注射器管,並經由微型噴嘴擠出形成3D圖案結構。

「為氣體凝膠導入3D列印技術,使其得以製作出無數複雜的凝膠架構,從而實現機械特性與可壓縮性等應用,這是以往無法達到的成果,」該研究報告的另一作者Cheng Zhu表示。

編譯:Susan Hong

(參考原文:3D-printing aerogels for energy storage,by Paul Buckley)





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