中國3D列印網12月14日訊，西班牙艾克斯-馬賽大學陶瓷與玻璃研究所（ICV）和微電子與納米科學研究所的研究人員已使用3D列印的氧化石墨烯支架作為輕質混合結構的基礎，該結構保留了許多石墨烯的理想特性，包括導電性和水吸附能力。
研究人員用醇鹽前體溶液滲透了氧化石墨烯支架，以生產雜化結構，這些雜化結構顯示出潛在的適用性，例如汙染物去除，水過濾，催化，藥物輸送以及能量產生和存儲。
用於通過滲透3D rGO支架（a，b），用鹼性蒸氣膠凝（c）和乙醇洗滌（d）來製造二氧化矽（或SiAl）/ rGO雜化物的合成過程示意圖。圖片來自《歐洲陶瓷學會雜誌》。
3D列印石墨烯的局限性
石墨烯是一種碳的同素異形體，已成為與能源生產和微電子學相關的研究以及生物醫學和傳感等新技術的開發中的常見元素。對該材料的輕質性能，高電導率和導熱率以及機械強度非常期望。儘管許多石墨烯的潛力來自於以單層形式部署該材料，但利用石墨烯進行3D列印仍然面臨巨大挑戰。
但是，維吉尼亞理工大學和勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員在開發出一種高解析度3D列印方法（涉及將石墨烯分散在凝膠中以製成3D可印刷樹脂）之後，採取了進一步措施來利用石墨烯的潛力。 LLNL還與加利福尼亞大學聖克魯斯分校的團隊合作，研究了用於儲能設備中基於石墨烯的氣凝膠電極的3D列印技術。
石墨烯還被用於創建3D列印的自感應裝甲和交通網絡的現代化。在其他地方，新研究揭示了與石墨烯表面接觸時水的結構如何變化。
最近，諾丁漢大學增材製造中心的研究人員在使用石墨烯的電子設備進行3D列印方面取得了突破，開發了基於噴墨的3D列印技術，該技術可以為取代單層石墨烯作為接觸材料鋪平道路。 2D金屬半導體。
Virginia Tech / LLNL研究中製造的格子「桁架」和迴旋3D列印石墨烯。圖片來自Material Horizons
創建氧化石墨烯-二氧化矽結構
氧化石墨烯被認為是生產具有高孔隙率，導電性，柔性和大表面積的3D連接的輕量結構的可行構建基塊。科學家旨在通過將其他材料錨固到3D石墨烯結構上以形成混合材料或複合材料，來解決氧化石墨烯的一些缺點，例如其機械性弱點和易受火焰傷害的缺點。
首先，研究人員使用由氧化石墨烯納米片製備的水性油墨，3-D Inks LLC的三軸機器人自動鑄造系統和RoboCAD軟體對3D列印的氧化石墨烯支架進行了3D列印。通過直徑為410μm的針將支架列印到由16層均勻分布的杆組成的長方體中，這些杆相對於相鄰層成直角放置。
然後將結構放入液氮中冷凍10秒鐘，然後將其冷凍乾燥（冷凍乾燥）並在石墨爐中以1200攝氏度進行處理以增強氧化石墨烯的還原作用，從而將其冷凍。此時，3D列印的氧化石墨烯結構的尺寸為12x12x5mm。
下一步涉及通過研究人員所說的溶膠-凝膠途徑滲透氧化石墨烯支架，其中涉及低溫凝膠與氨蒸氣的交聯。
製備了包含原矽酸四乙酯，乙醇，去離子水和鹽酸的兩種溶液，分別稱為SiO2溶膠（二氧化矽）和SiAl溶膠（二氧化矽-氧化鋁）。將氧化石墨烯支架在不透氣的容器中半浸入每種溶膠中五分鐘，然後將其放置在剛好位於液面上方的靜止平臺上。將樣品在室溫下放置24小時，以通過氨催化引起浸漬結構的延長縮合和剛度。然後，用乙醇洗滌支架以除去任何蒸氣殘餘物。
比較不同材料的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。 （a）原始的氧化石墨烯支架，（b-e）氧化石墨烯-二氧化矽結構。圖片來自《歐洲陶瓷學會雜誌》。結果和潛在應用 研究人員發現，與未經處理的氧化石墨烯支架相比，3D列印的氧化石墨烯-二氧化矽結構保持高度多孔性，而其抗壓強度提高了250-800％。混合結構也保持「顯著的電導率」，但是主要的增強體現在結構的親水性上。觀察到腳手架的超細二氧化矽基覆蓋物對結構的潤溼特性有重要影響。與未經處理的氧化石墨烯支架相比，該結構變得完全親水，而其吸水能力提高了十倍。氧化石墨烯-二氧化矽結構的增強性能表明它們可以適合用作吸收劑，汙染物去除，氣體感應，蓄熱或在光催化水分解應用中使用。