高功能化石墨烯3D打印材料诞生 具有良好的应用前景

发布时间：2020-09-07

近日，浙江|澳门尼威斯人大学的研究团队利用甘油分子对氧化石墨烯的溶剂化作用，设计了氧化石墨烯/甘油3D打印墨水。该项研究开拓了新型三维石墨烯框架材料的范畴，为石墨烯材料在储能、复合材料、催化等领域的应用奠定了基础。

研究团队设计了高浓度均相的氧化石墨烯/甘油分散液作为3D打印墨水，探索了氧化石墨烯浓度对于分散液流变行为的影响。他们利用墨水直写技术，制备石墨烯微晶格材料。得到的石墨烯微晶格材料表现出高密度、高强度、高可压缩性和高导电性的特质，具有良好的应用前景。

溶剂化石墨烯基材料是石墨烯宏观组装体制备领域的一个重要课题。利用氧化石墨烯水系分散液的液晶行为和胶体性质，科学家们此前已发展出了一系列以氧化石墨烯为前驱体制备石墨烯纤维、膜、气凝胶等宏观组装体的路线。然而，这些路线在适配3D打印技术时，出现了新挑战。3D打印技术对打印墨水有高黏度、高模量、快速剪切变稀等严苛的流变要求，传统的氧化石墨烯分散液难以达到。

3D打印技术的发展离不开其打印材料的发展，目前较为成熟的3D打印技术包括SLS、SLA、FDM等，因打印技术的不同所对应的打印材料也就不同，例如SLS常用的打印材料是金属粉末，而SLA通常用光敏树脂，FDM采用的材料比较广泛，如ABS塑料、PLA塑料等。

石墨烯被称为黑金、新材料之王，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。 它是目前已知最薄的材料，只有一个碳原子厚，它同时又是最强的材料，比结构钢强约200倍。石墨烯的导电性能优于铜，而热传导性优于所有其他材料。石墨烯几乎是完全透明的，但它的结构如此紧密，即使是最小的原子氦也无法穿过它。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

早在2016年，知名石墨烯企业、伦敦上市公司HGI全资子公司HCS就宣布将与热塑性3D打印线材生产商Filamentprint公司及Fullerex公司共同合作，推广和销售石墨烯增强聚乳酸（PLA）线材以用于3D打印应用。

据悉，这款石墨烯增强型PLA线材，有1.75毫米、2.85毫米线径两种规格可供选择，该线材拥有出色的首层附着力和Z轴强度保持率、更快的处理速度、改进的强度和性能、优良的表面效果和改进的尺寸精度等特性。

不难想象，如果能够成功实现用石墨烯作为3D打印材料，那么3D打印机能够构建的零部件在强度、轻质化、柔韧性以及导电性等方面的性能表现将会大幅度的提高。