Anonim

Ny 3D-utskriftsprosess maler graphene airgel i langt finere detaljer

materialer

Michael Irving

24. august 2018

4 bilder

Et 3D-trykt stykke grafen airgel, det er så lett det kan balansere på toppen av en jordbærblomst (Kreditt: Virginia Tech)

Graphene er kjent som et todimensjonalt materiale, men for å få mest mulig ut av tingene, må vi samle det tilbake i 3D-former. Nå har forskere fra Virginia Tech utviklet en ny måte å 3D-grafen-aerogener med langt høyere oppløsning enn tidligere.

Normalt har grafen form av et flatt ark med karbon, bare et enkelt atom tykt, og selv om det er nyttig under noen omstendigheter, må det gjøres tredimensjonalt for praktisk bruk. Bare stabling av ark kutter det ikke - det reduserer styrken og de unike elektriske, kjemiske og optiske egenskapene. Tross alt, er du i utgangspunktet snu den tilbake i ren gammel grafitt på den måten.

En porøs form kjent som grafen airgel klarer å beholde de fleste kvaliteter av 2D-grafen i en 3D-form. Trikset er å holde grafenlagene skilt fra hverandre, som luftgelen bruker med luft fanget i porene. Andre metoder har involvert å bruke lasere til å smi grafen i 3D-former, komprimerer den til porøse korallignende strukturer, og 3D skriver den som et skum, støttet av karbonnanorør.

Problemet med grafen aerogels er at det ikke er den enkleste tingen å skape i nødvendige former. Tidligere er det ekstrudert i filamentene så tynne som 100 mikrometer, men finere detaljer enn det som har vært ute av rekkevidde. Den nye studien viste seg å forbedre den oppløsningen.

"Med den teknikken er det svært begrensede strukturer du kan opprette fordi det ikke er noen støtte og oppløsningen er ganske begrenset, slik at du ikke får friformfaktorer, " sier Xiaoyu Zheng, en forfatter av studere. "Det vi gjorde var å få disse graphene lagene til å bli architected i enhver form som du vil ha med høy oppløsning. "

For den nye metoden gjør forskerne en hydrogel av grafenoksid, komplett med tverrbundne ark. Dette brytes da fra hverandre ved hjelp av ultralyd og kombinert med akrylatpolymerer, som er følsomme for lys. Teamet kan da bruke projeksjonsmikro-stereolitografi - en svært presis form for 3D-utskrift som kan bygge strukturer på mikroskalaen - for å lage lange stive kjeder av polymeren, med grafenoksyd fanget inne. Til slutt blir blandingen plassert i en ovn som brenner bort polymerene og etterlater grafen-luftgelen.

Denne teknikken, laget sier, kan brukes til å lage tredimensjonal grafen i omtrent hvilken som helst form du kan ønske deg. Oppløsningen er også mye finere - ned til 10 mikrometer - noe som gjør det til en størrelsesorden bedre enn det som tidligere var mulig.

"Vi har klart å vise at du kan lage en kompleks, tredimensjonal arkitektur av graphene, samtidig som du beholder noen av dens inneboende primære egenskaper, " sier Zheng. "Vanligvis når du prøver å 3D-grafen grafisk eller oppskalere, mister du de fleste av de lukrative mekaniske egenskapene som finnes i enkeltarkformen. "

Forskningen ble publisert i tidsskriftet Material Horizons .

Kilde: Virginia Tech

Den nye teknikken gjør at grafen airgel kan bli 3D trykt i et bredere utvalg av former (Kreditt: Virginia Tech)

Et 3D-trykt stykke grafen airgel, det er så lett det kan balansere på toppen av en jordbærblomst (Kreditt: Virginia Tech)

Et skanningelektronmikroskopbilde av den nye 3D-trykte grafen, med en oppløsning på 10 mikrometer (Kreditt: Virginia Tech)

Et skanningelektronmikroskopbilde av den nye 3D-trykte grafen, zoomet inn i en skala på 1 mikrometer (Kreditt: Virginia Tech)

Anbefalt Redaksjonens