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韩国研究人员开发出完全由石墨稀组成的3D打印纳米结构

导读: 来自韩国电工学研究机构(KERI)的团队首次成功地演示了完全由石墨稀材料组成的3D打印纳米结构。

  来自韩国电工学研究机构(KERI)的团队首次成功地演示了完全由石墨稀材料组成的3D打印纳米结构。

  有关这项革命性方法的文章刊登在2014版“先进材料”杂志11月份第33期上。该方法涉及使用油墨的拉伸弯液面制造3D还原石墨稀氧化(RGO)纳米线。大多数的3D打印方法使用细丝或粉末作为打印材料,与此不同的是,KERI的方法更加精密。研究小组负责人金胜全教授表示,“这使我们能够实现比一个喷嘴孔径更加精细的打印结构,从而可以制造纳米结构。”

  这对于在打印的电子器件中三维模式的实现是一个重大进步,而石墨稀在打印电子器件中起着非常重要的作用。

  石墨稀由仅有一个原子厚的单层碳原子构成,并呈六边形晶格状。其是所有石墨稀材料的基本构建块。它以独特的性能而著称,如非凡的电导率、灵活性和透明性,使之成为从电子器件到能量存储,再到商业应用的理想材料。然而,科学家面临的挑战是在微米和纳米尺度上对石墨稀片进行操控,这需要高的精确度。3D打印的增材制造工艺仅可能是解决方案。

  正如他们文章中所描述的,金教授的研究小组利用弯液面作为一种更新颖的方法,以实现纳米级3D打印。使用在微管尖端形成的弯液面,石墨稀氧化物(GO)细丝在室温下生长。接下来,细丝通过热或化学处理(肼)进行还原。随着溶剂的迅速蒸发,通过拉动微管实现的GO沉积,从而推动GO细丝的生长。

  通过调整微管的拉伸率,研究人员能够准确地控制rGO细丝,能够达到的最小值为150纳米。研究人员指出,他们采用的方法在石墨稀纳米结构3D打印,以及多材料3D纳米打印中相当有效。采用这种技术,他们生产出各种各样的独立的rGO体系结构,包括直丝、桥梁、悬挂连接点和编织结构。

  迄今为止,采用FDM打印机,用于3D打印石墨稀增强型塑料结构的复合细丝已被提出,但这种细丝确实会带来一些困难。在这种复合环境下使用的石墨稀改进了塑料的属性,同时,塑料材料降低了石墨稀的固有属性。此外,传统的FDM打印方法不能准确地将打印结构缩小到所需的纳米尺度。

  金教授表示,“据我们所知,尚未有关于完全由石墨稀组成的3D打印纳米结构。”

  他继续提到,“我们确信,这种做法将为实施打印器件三维模式提出新的范式。事实上,3D纳米技术打印领域的这种进步对石墨稀纳米结构的3D打印领域,以及多材料纳米打印来说是有效的,它可以在多个电子工业领域实现,如3D打印电路板、晶体管、太阳能电池、传感器等。”

  虽然一些挑战仍然存在,如将3D打印尺寸从150纳米减少到10纳米,3D打印技术中石墨稀的使用比以往更具前景。

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