最輕和最強的材料:石墨烯氣凝膠

  技術發展和市場應用是互相促進的關系,當這種促進關系達到某個臨界點,往往會呈現爆發式發展。3D打印行業的情況就有此趨勢,隨著近年行業的成熟以及實際應用的不斷擴張,各類型的3D打印設備及材料如今層出不窮,例如近期比較熱的石墨烯氣凝膠3D打印機。

最輕和最強的材料:石墨烯氣凝膠的圖1

  石墨烯是地球上強度最高的材料之一,并且重量極輕,還具有出色的導電性能,目前主要用于電池和航空航天工業。然而,2D狀態的石墨烯是單層的碳原子,由于石墨烯的特性,如果僅是簡單的疊加,其出色的性能只能在約一張紙的厚度組成上體現,但復雜三維結構經常是現代工業需要的。

  研究人員曾使用激光開發出3D打印的石墨烯泡沫,但是在實際測試中,該方法并不完美。2016年,美國堪薩斯州立大學和布法羅大學創造性地開發出新的石墨烯組件并將其凍結,這種材料被稱為石墨烯氣凝膠,其多孔結構允許石墨烯擁有驚人力學性能的同時,保持材料超輕的重量,這個成果看似簡單,其實過程艱難,是一項了不起的成就。

最輕和最強的材料:石墨烯氣凝膠的圖2

堪薩斯州立大學和布法羅大學的石墨烯3D打印方案

  而下一步,科學家們需要不斷完善石墨烯氣凝膠的3D打印技術,該團隊使用類似FDM 3D打印機的原理進行構建,被吉尼斯世界紀錄正式認可為“2018年密度最小的3D打印結構”,打印件強度遠超鋼鐵,并具有超強的導電性、柔韌性。

最輕和最強的材料:石墨烯氣凝膠的圖3

  最新的發展由弗吉尼亞理工大學和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室完成,他們將石墨烯氣凝膠與光敏樹脂融合,應用投影微型光固化技術(PUSL)進行固化成型,并在爐子中干燥結構去除其他成分組成,能夠達到低至10μm的石墨烯氣凝膠3D打印機層,這是迄今為止最接近2D石墨烯碳原子的3D打印厚度。

最輕和最強的材料:石墨烯氣凝膠的圖4

  這項開創性的石墨烯氣凝膠3D打印技術使研究人員能夠打印出非常復雜的結構和形狀,使其保持超輕量和強度,還允許創建不同的格子,未來可能徹底改變變汽車和航空航天工業零件的生產。,由于其具有出色的導電性能,石墨烯氣凝膠3D打印機還可以應用于制作受損的電生成組織替代物,例如神經,骨骼或骨骼和心肌,還可用于3D打印石墨烯電池,更有效的存儲能量。

最輕和最強的材料:石墨烯氣凝膠的圖5

  石墨烯氣凝膠3D打印機的潛力巨大,而且石墨烯本身已對許多行業產生顯著影響。該團隊的鄭曉宇先生表示,工業設計師如今無需考慮石墨烯片構建三維結構的限制,石墨烯氣凝膠3D打印機可以達到極高的制造自由,輕松達成強度、電導率、質量傳遞和重量密度的優化,3D打印機在這個過程中扮演者至關重要的角色。

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