供稿人:侯章浩 田小永 發(fā)布日期：2017-10-24
石墨烯（Graphene）由于其十分良好的強(qiáng)度、柔韌、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)特性，在物理學(xué)、材料學(xué)、電子信息、計(jì)算機(jī)、航空航天等領(lǐng)域都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。氣凝膠是一種具有海綿狀結(jié)構(gòu)的低密度材料，它可以用于很多重要的用途，比如作為儲(chǔ)能原件、熱和光的絕緣體等。如何利用3D打印技術(shù)制備出具有復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)的超輕質(zhì)石墨烯氣凝膠材料受到了越來(lái)越多的關(guān)注。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合紐約州立大學(xué)布法羅分校和堪薩斯州立大學(xué)利用石墨烯氧化物與水的混合物作為“墨水”，通過(guò)依需滴落的方式，在零下25攝氏度的溫度下將其3D打印到一個(gè)表面上。這樣每打印出來(lái)的一層都會(huì)被冰凍住，然后在冰的支持下再打印下一層，從而構(gòu)建由冰作為懸空空間“支架”的三維氣凝膠結(jié)構(gòu)。最后，將產(chǎn)生的氣凝膠置于液氮中進(jìn)行冷凍干燥以去除水分，然后加熱使其成為固體氣凝膠，并在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了具有懸空復(fù)雜拓?fù)浼內(nèi)S石墨烯結(jié)構(gòu)可剪裁設(shè)計(jì)。通過(guò)這種技術(shù)能夠制備出密度范圍在每立方米0.5到10千克的氣凝膠，大致相當(dāng)于常規(guī)環(huán)境中空氣密度（約每立方米1.2千克）的不到二分之一，且具有良好的導(dǎo)電性和高壓縮性。
通過(guò)3D打印工藝制備的石墨烯氣凝膠材料在多功能材料、柔性電子器件、儲(chǔ)能單元、傳感器件、生物化學(xué)催化載體、超級(jí)電容器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。