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▲弗吉尼亚理工大学和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员开发了一种用于3D打印石墨烯的新工艺。该工艺打印的石墨烯材料的分辨率比之前高一个数量级。
此前，研究人员只能将石墨烯打印为2D片状或基本结构。近日，据《材料地平线》（ Materials Horizons）杂志报道，美国弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech College）和劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）的研究人员合作开发的项目，使石墨烯的超高分辨率3D打印成为了现实。采用这种新技术，理论上可3D打印任何形状、任何尺寸的石墨烯材料。
石墨烯具有强度高（强度最高的材料之一）、导热性和导电性好等优点。3D打印石墨烯材料的技术可在诸多领域引发高度关注，如电池、航空、传感器和催化剂等。石墨烯气凝胶虽然具有一定的三维结构，性能优于石墨，但其性能仍无法达到某些行业的需求。弗大工程学院助理教授、高级制造与材料实验室主任郑晓宇（音译）说：“现在，研究人员可以设计由相互连接的石墨烯薄片组成的三维拓扑材料了。由此带来的设计和制造的高自由度，将为石墨烯材料的各项性能带来巨大改善。”
以往，研究人员只能通过挤压工艺打印石墨烯，但这种技术只能制造出堆叠于自身表面的简单结构。郑分析说：“挤压工艺可以构筑的石墨烯材料结构有限，分辨率不高。我们的工艺则能以高分辨率获得各种形状的石墨烯材料。”
3D打印石墨烯的研究始于3年前，论文第一作者瑞安·亨斯莱（Ryan Hensleigh）一直跟随郑开展这方面的研究。为了利用石墨烯创造出复杂的结构，亨斯莱从氧化石墨烯（石墨烯的前体）出发，通过交联氧化石墨烯薄片制得多孔水凝胶。然后通过超声破坏水凝胶，接着加入光敏丙烯酸酯聚合物，再使用微立体光刻技术创造出理想的立体结构。最后，亨斯莱对3D石墨烯材料进行煅烧，除去聚合物并将结构融合在一起。亨斯莱说：“新3D打印技术使打印分辨率达到10微米，远超其他工艺（100微米）。”郑补充说：“使用这项技术，不仅可以获得有复杂三维结构的石墨烯材料，还能保持其固有性质。”
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编译：雷鑫宇 审稿：三水 责编：张梦
期刊来源：《材料地平线》
期刊编号：2051-6347
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180823104811.htm
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