弗吉尼亚理工大学和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员研发了一种用于石墨烯3D打印机简单物体的新方法，石墨烯是电池和航空航天工业中用于最低性能的材料之一。以前，研究人员不能在2D板材或基本结构中打印机这种材料，称作石墨烯。早已展开了多次3D打印机尝试，但是显石墨烯过于硬而无法通过材料吸管展开3D打印机。
即使作为热聚合物基质中的复合材料，早已证明通过激光工件和立体光刻工艺展开加工也具备挑战性。一些比较较小的顺利早已看见用作导电热聚合物长丝的材料。
但弗吉尼亚理工大学的工程师现在早已合作积极开展了一个项目，该项目容许他们以比打印机前更高的分辨率3D打印机石墨烯对象，从而关卡了理论上创立任何尺寸或形状的石墨烯的能力。“与早已已完成的工作比起，这是一项重大突破，我们可以取得完全任何所需的结构。
”Xiaoyu“Rayne”Zheng，工程学院机械工程系助理教授，先进设备生产与超强材料实验室主任。由于其强度，石墨烯是地球上测试过的最弱材料之一；其低导热性和导电性，3D打印机的石墨烯对象在某些行业中将备受瞩目，还包括电池、航空航天、分离出来、热管理、传感器和催化剂。
石墨烯是以六边形晶格的组织的单层碳原子。当石墨烯片规整地填充在彼此之上并构成三维形状时，它变为石墨，一般来说称作铅笔中的“铅”。由于石墨是非常简单的石墨烯纸盒在一起，因此它具备非常劣的机械性能。
但是如果石墨烯片与充满著空气的孔分离出来，则三维结构可以维持其性质。该多孔石墨烯结构称作石墨烯气凝胶。“现在设计师可以设计由相互连接的石墨烯片构成的三维流形结构。
”工程学院机械工程系助理教授，先进设备生产与超强材料实验室主任Xiaoyu“Rayne”Zheng说道。“这种新的设计和生产维度将以往石墨烯气凝胶无法构建的强度、导电性、传质、强度和重量密度的方式加以优化。”郑，也是大分子创意研究所的附属教员，已取得研究纳米级材料的资助，并将其扩展到轻型和功能性材料，用作航空航天、汽车和电池。
以前，研究人员可以用于断裂工艺打印机石墨烯，类似于挤牙膏，但这种技术不能创立填充在自身顶部的非常简单物体。“由于断裂，你可以建构十分受限的结构，因为没有支撑，分辨率十分受限，所以你无法取得权利形状因素，”郑说。
“我们所做到的就是将这些石墨烯层设计成任何你想的高分辨率形状。”来自弗吉尼亚理工大学工程学院和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员研发了一种新的3D打印机石墨烯工艺，这是迄今为止测试过的最弱材料之一，其分辨率比以往任何时候都高达一个数量级。
这个项目是在三年前开始的，RyanHensleigh在加利福尼亚州利弗莫尔的劳伦斯利弗莫尔国家实验室进修。Hensleigh开始与郑先生合作，后者当时是劳伦斯利弗莫尔国家实验室技术人员。当郑在2016年重新加入弗吉尼亚理工大学的教师时，Hensleigh作为一名学生追随并之后专门从事该项目。
为了建构这些简单的结构，Hensleigh开始用于水解石墨烯，石墨烯的前体，交联片材以构成多孔水凝胶。用超声波碎裂水解石墨烯水凝胶并加到光敏丙烯酸酯聚合物，Hensleigh可以用于投影微立体光刻法创立所需的液体3D结构，其中石墨烯氧化物被捕捉在宽而刚性的丙烯酸酯聚合物链中。最后，Hensleigh将3D结构摆放在炉子中以烧毁聚合物并将物体融合在一起，留给洁净轻质的石墨烯气凝胶。缩放扫瞄电子显微镜图片的石墨烯八位组桁架分辨率为1微米。
缩放的石墨烯八度桁架扫瞄电子显微镜照片，分辨率为10微米。最近与劳伦斯利弗莫尔国家实验室合作者在MaterialsHorizons杂志上公开发表的这项工作的关键找到是，研究人员建构了石墨烯结构，其分辨率比以往打印机的数量级更加细致。
Hensleigh说道其他工艺可以打印机到100微米，但新技术使他需要以较低至10微米的分辨率打印机，这相似实际石墨烯片的大小。“我们早已需要证明可以制作一个简单的三维石墨烯结构，同时仍保有一些内在的主要特性。”郑回应。
“一般来说当你尝试3D打印机石墨烯或缩放时，你不会丧失大部分机械性能。”合作者还包括郑氏实验室的博士生HuachenCui和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的六个人：詹姆斯奥克戴尔、叶建超、帕特里克坎贝尔、埃里克杜斯、克里斯托弗斯巴达奇尼和马库斯沃斯利。
Zheng和Hensleigh由空军青年研究员奖（JaimieS．Tiley博士）和国家科学基金会（CMMI1727492）资助。
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