石墨烯在3D打印方面的應(yīng)用有哪些?
石墨烯是一種以sp2雜化連接的碳原子嚴(yán)密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新資料。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性,在資料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的使用遠(yuǎn)景,被認(rèn)為是一種未來革命性的資料。
石墨烯是當(dāng)今世界Z受注目的資料之一,雖然它只有一個碳原子那么厚,但它的強度卻是鋼的100倍,并且靈敏度非常高。自從2004年科學(xué)家成功從石墨中別離出石墨烯,涉及石墨烯的專利清單每年都在呈指數(shù)增長。
石墨烯自身的優(yōu)勢就是質(zhì)量輕、強度高、導(dǎo)電性好。而石墨烯3D打印現(xiàn)在干流采用的是擠出式3D打印(extrusion-based 3D printing)技術(shù),其中心與要害正是打印過程中所用的漿料(或線材),這需求先將石墨烯及其衍生物(氧化石墨烯等)分散于適宜的高粘度高分子資料或其他溶劑中形成漿料再3D打印成所需三維結(jié)構(gòu),待打印結(jié)束后,通過后處理方法(如退火等)進(jìn)步石墨烯的還原程度及純度。
其實除了高機械性能外,石墨烯資料已在許多功用器件里得到使用,一個典型的例子就是電化學(xué)儲能器件,其主要包括電池和超級電容器,而三明治結(jié)構(gòu)平和面型結(jié)構(gòu)是現(xiàn)在的兩個干流構(gòu)型。
因為其自身較好的機械性能與導(dǎo)電性,石墨烯資料在生物醫(yī)學(xué)方面也具優(yōu)勢。美國西北大學(xué)Ramille N.Shah和Mark C.Hersam研究組使用擠出式3D打印技術(shù)打印出石墨烯與一種可降解聚酯(PLG)形成的復(fù)合資料。因為其共同的漿料配方,其中占有較大組分的石墨烯(質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)75%)使得打印出來的結(jié)構(gòu)具有較好的電導(dǎo)和機械性能,而PLG組分是一種具有生物相容性的資料,能夠保證結(jié)構(gòu)柔韌性和安穩(wěn)性。同時,其打印精度可達(dá)100微米以下(打印速度40毫米/秒)。打印出來的三維結(jié)構(gòu)還被證實可以較安穩(wěn)的使用于生物醫(yī)學(xué)方面。研究團(tuán)隊往打印的石墨烯基支架上注入干細(xì)胞,其存活了下來接著便繼續(xù)割裂、增殖,Z后轉(zhuǎn)化成相似神經(jīng)元的細(xì)胞,其Z終的結(jié)果相當(dāng)超卓。