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韓國科學家用石墨烯實現3D打印納米級對象

近日,韓國電工研究所(KERI)的一個團隊完全使用石墨烯成功地3D打印出了一個納米結構,這是曆史上的第一次,具有劃時代的意義,證明了將純石墨烯材料用於3D打印的可能性。

該研究成果發表在2014年11月出版的《AdvancedMaterials》上,研究人員使用拉伸的油墨彎液麵製作出3D結構的還原氧化石墨烯(RGO)納米線。顯然,與大多數使用線材或粉末做材料的3D打印方法不同,KERI的方法更加精細。“這種方法(指拉伸油墨彎液麵法)使我們能夠實現比噴嘴孔徑更精細的打印結構,從而實現納米結構的製造。”該研究團隊負責人SeungKwonSeol教授稱。

這對於在打印的電子器件中實現3D結構是一個很重要的進展,這其中石墨烯將發揮非常重要的作用。

所謂石墨烯,是由單層碳原子形成的特殊材料,它以其獨特的性能,如超凡的導電性、柔韌性和透明性,使之成為從電子到能量存儲到商業應用的理想材料。然而,科學家們麵臨的挑戰是如何在微米和納米尺度操縱石墨烯片,這需要非常高的精確度。很多科學家認為,3D打印工藝可能是解決方案。

在研究團隊發表的論文中描述了Seol教授的研究小組如何利用彎液麵作為一種更新穎的方法來實現納米級3D打印。首先,科學家在室溫下使用微量吸管在其前端形成彎液麵,隨後在上麵生長出石墨烯氧化物(GO)線。該導線然後通過熱或化學處理(用肼)削減。隨著熔劑迅速蒸發,微量吸管拉動石墨烯氧化物(GO)沉積,從而實現GO線的生長。

GO納米線的製造通過拉動一個含有GO懸浮浮液的微量吸管(GO板厚度為0.9±0.1納米),以及在水蒸發過程中拉伸該彎液麵來實現。在上圖圈中(右下):FE-SEM圖像顯示出一個生長成的rGo納米線,直徑為400納米。viaNanowerk&AdvancedMaterials

通過調整吸移管的拉伸率,研究人員能夠準確地控製rGo納米線,並能達到約為150納米的最小值。研究人員指出,他們的做法可有效用於3D打印石墨烯納米結構以及多材料3D納米打印。據天工社了解,利用這種技術,它們可以產生各種獨立式的rGO結構,包括直導線、橋梁、懸浮結和編織結構等。

迄今為止,市場上出現了石墨烯增強型的3D打印複合線材,但它其實有一些問題,在複合材料中加入石墨烯確實會提升塑料屬性,但是塑料材料同時會惡化石墨的固有性質。此外,傳統的FDM打印方法根本不可能實現在納米尺度打印3D對象。

“據我們所知,之前沒有完全用石墨烯做材料3D打印納米結構的報道。”Seol教授說。“我們確信,這種做法將帶來一種3D打印電子的新模式。”

顯而易見,使用石墨烯材料的3D納米打印技術的出現將為各種理論上存在的“科幻產品”問世打開大門,比如納米機械、納米機器人等。

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