高功能化石墨烯3D打印材料誕生 具有良好的應用前景

發布時間：2020-09-07

近日，浙江大學的研究團隊利用甘油分子對氧化石墨烯的溶劑化作用，設計了氧化石墨烯/甘油3D打印墨水。該項研究開拓了新型三維石墨烯框架材料的范疇，為石墨烯材料在儲能、復合材料、催化等領域的應用奠定了基礎。

研究團隊設計了高濃度均相的氧化石墨烯/甘油分散液作為3D打印墨水，探索了氧化石墨烯濃度對于分散液流變行為的影響。他們利用墨水直寫技術，制備石墨烯微晶格材料。得到的石墨烯微晶格材料表現出高密度、高強度、高可壓縮性和高導電性的特質，具有良好的應用前景。

溶劑化石墨烯基材料是石墨烯宏觀組裝體制備領域的一個重要課題。利用氧化石墨烯水系分散液的液晶行為和膠體性質，科學家們此前已發展出了一系列以氧化石墨烯為前驅體制備石墨烯纖維、膜、氣凝膠等宏觀組裝體的路線。然而，這些路線在適配3D打印技術時，出現了新挑戰。3D打印技術對打印墨水有高黏度、高模量、快速剪切變稀等嚴苛的流變要求，傳統的氧化石墨烯分散液難以達到。

3D打印技術的發展離不開其打印材料的發展，目前較為成熟的3D打印技術包括SLS、SLA、FDM等，因打印技術的不同所對應的打印材料也就不同，例如SLS常用的打印材料是金屬粉末，而SLA通常用光敏樹脂，FDM采用的材料比較廣泛，如ABS塑料、PLA塑料等。

石墨烯被稱為黑金、新材料之王，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。 它是目前已知最薄的材料，只有一個碳原子厚，它同時又是最強的材料，比結構鋼強約200倍。石墨烯的導電性能優于銅，而熱傳導性優于所有其他材料。石墨烯幾乎是完全透明的，但它的結構如此緊密，即使是最小的原子氦也無法穿過它。作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。

早在2016年，知名石墨烯企業、倫敦上市公司HGI全資子公司HCS就宣布將與熱塑性3D打印線材生產商Filamentprint公司及Fullerex公司共同合作，推廣和銷售石墨烯增強聚乳酸（PLA）線材以用于3D打印應用。

據悉，這款石墨烯增強型PLA線材，有1.75毫米、2.85毫米線徑兩種規格可供選擇，該線材擁有出色的首層附著力和Z軸強度保持率、更快的處理速度、改進的強度和性能、優良的表面效果和改進的尺寸精度等特性。

不難想象，如果能夠成功實現用石墨烯作為3D打印材料，那么3D打印機能夠構建的零部件在強度、輕質化、柔韌性以及導電性等方面的性能表現將會大幅度的提高。