哈工大：具有良好控制排列的氧化石墨烯複合材料的3D列印

2020-09-11 材料分析與應用

成果簡介

石墨烯作為一種超各向異性材料，在其平面方向具有前所未有的強度、楊氏模量和電/熱導率，而在垂直方向上卻極為薄弱。為了充分利用石墨烯的優勢，它在三維聚合物基結構中的排列是極其重要的，但仍然是一項艱巨的任務。。

本文，哈爾濱工業大學鍾晶課題組在《Carbon》期刊發表名為「3D Printing of Graphene Oxide Composites with Well Controlled Alignment」的論文，研究報告了在不對GO進行任何修改的情況下大規模對準氧化石墨烯（GO）的通用方法。該方法包括將GO納米片與聚合物（用於演示的聚乳酸（PLA））薄膜層壓在一起，進行滾動，然後通過燈絲熔融沉積技術進行3D列印。在印刷燈絲，GO納米片在燈絲軸向對準，在此基礎上GO取向可以容易地控制經由絲熔合沉積的路徑。我們顯示，PLA / GO渦旋纖維和石墨烯含量為0.4 wt％的印花纖維表現出出色的機械性能，強度分別增加了約32.7％和35.2％，這顯著高於具有隨機石墨烯分布的類似納米複合材料，表明聚合物得到了大大改善加固效率。所提出的帶有3D列印框架的滾動纖維可以廣泛地應用於各種2D材料和結構複合材料。


圖文導讀

圖1。具有高度對齊的GO的3D列印過程捲軸光纖的示意圖


圖2。滾動纖維在3D列印之前和之後的微觀結構研究


圖3。PLA / GO滾動纖維和3D列印纖維的表徵。


圖4。（a和b）分別在N 2氣氛下，PLA渦旋纖維和PLA / GO渦旋纖維的TG和DSC曲線比較。（c）PLA / GO滾動纖維和3D列印纖維的XRD圖樣研究。


圖5。PLA / GO渦旋纖維的機械錶徵。


圖6。3D列印的PLA / GO滾動纖維的機械特性


小結

總之，開發了一種簡便且通用的3D列印橫向剪切滾動纖維策略，用於製造具有高度對齊的2D納米材料的分層結構複合材料，該材料具有出色的機械性能和各向異性。這項工作為準備將二維材料按所需方向對齊的複雜結構打開了一扇門，可以大大提高列印結構的機械性能。


文獻：

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