石墨烯是一種擁有獨特性質的二維材料，但要對其展開充分的利用，必須將之以 3D 的形式重現。好消息是，維吉尼亞理工大學的研究人員們，已經展示了他們新開發的一種 3D 列印石墨烯氣凝膠方案，且其解析度遠高於此前的水準。通常情況下，石墨烯只需要以「單層厚度的碳原子片」的形式出現。儘管其在某些情況下得到了應用，但距離實際投入還很遙遠。
新技術讓石墨烯氣凝膠可以被 3D 列印成更大的形狀
簡單地堆疊材料，可能會降低其強度和獨特的電氣、化學、光學性能，因為此時和普通的石墨也沒有太大差別了。
不過「石墨烯氣凝膠」的多孔形式，設法用空氣將 2D 石墨烯的空隙給填滿了。其它方法涉及使用雷射將石墨烯鍛造成 3D 形狀、壓縮成多孔珊瑚狀結構、泡沫 3D 列印、或由碳納米管支撐。
石墨烯氣凝膠重量極輕，甚至可以放在草莓花絲上而不倒。
石墨烯氣凝膠的問題在於，將它塑造成所需的形狀的方法，做起來一點也不簡單。在過去，它能被擠壓成瘦至 100 微米的細絲，但難以取得進一步的突破。
而維吉尼亞理工大學的新研究，就是為了改善這一點。論文作者鄭曉宇（音譯）表示：「通過這項技術，你可以創造非常有限的結構。但因為沒有支撐，其精細度相當受限，無法獲得更加自由的形態因素」。
新型 3D 列印石墨烯的掃描電鏡顯微圖像（解析度為 10 微米的級別）
他們所做的，就是將這些石墨烯層設計成任何你想要的高解析度形狀。為此，研究人員用氧化石墨烯製備了水凝膠，並加入了交聯片。然後使用超聲波將其分開，與對光敏感的丙烯酸酯聚合物結合。
接著，團隊可以用時投影微立體光刻技術 —— 這是一種非常精確的 3D 列印形式，能夠在圍觀尺度上建造結構 —— 創建聚合物的剛性長鏈、內部則夾著氧化石墨烯。
繼續放大至 1 微米的級別
最後，研究人員把混合物置於爐中 —— 燒掉聚合物，並留下石墨烯氣凝膠。團隊表示，這項技術可以用來製作任何你想要的三維形狀石墨烯，且其解析度精細至 10 微米，較以往提升了一個數量級。
有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《材料新視野》（Material Horizons）期刊上。原標題為：
《Additive manufacturing of complex micro-architected graphene aerogels》
[編譯自：New Atlas , 來源：Virginia Tech]