研究人員借激光3D打印創(chuàng)造出原子薄的石墨烯
近日，萊斯大學(xué)和中國(guó)天津大學(xué)的納米技術(shù)人員正在使用激光3D打印來(lái)制造厘米級(jí)的原子薄的石墨烯物體。該研究可以幫助創(chuàng)造工業(yè)量的石墨烯。
石墨烯是材料科學(xué)家非常感興趣的課題。這是因?yàn)槠洳粌H具有很強(qiáng)的強(qiáng)度，而且具有導(dǎo)電性，可用于從納米電子學(xué)到骨植入物的廣泛應(yīng)用。
對(duì)于這一研究，最大的挑戰(zhàn)是量化合適的3D石墨烯。要做最有用的材料，需要大量的數(shù)量，到目前為止，科學(xué)家還沒(méi)有辦法以有效的方式制造石墨烯。
萊斯大學(xué)和中國(guó)天津大學(xué)的納米技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)最近在一項(xiàng)研究項(xiàng)目中使用激光3D打印制造了厘米級(jí)的原子薄的石墨烯物體，這項(xiàng)研究項(xiàng)目有可能導(dǎo)致從非石墨烯原材料簡(jiǎn)單地制造大量石墨烯。
對(duì)于研究項(xiàng)目，萊斯化學(xué)家James Tour的實(shí)驗(yàn)室與天津的Naiqin Zhao的實(shí)驗(yàn)室合作，適應(yīng)了普通的 3D打印技術(shù) 。使用在室溫下進(jìn)行的技術(shù)來(lái)制造石墨烯泡沫的指尖塊。不需要模具，原材料僅由糖粉和鎳粉組成。
天津?qū)嶒?yàn)室的前學(xué)生、現(xiàn)任天津博士后研究員、共同作者Junwei Sha說(shuō)：“這種簡(jiǎn)單有效的方法不需要冷壓模具和高溫CVD處理。”
“我們應(yīng)該能夠使用這種方法來(lái)生產(chǎn)特定類(lèi)型的石墨烯泡沫，如3D打印鋼筋石墨烯，以及通過(guò)改變前體粉末來(lái)制備氮和硫摻雜的石墨烯泡沫。”Junwei Sha補(bǔ)充說(shuō)。
研究人員使用二氧化碳激光器來(lái)生產(chǎn)石墨烯塊，這是激光燒結(jié) 3D打印機(jī) 所使用的一種。當(dāng)激光照射到糖和鎳粉末上時(shí)，糖被熔化，鎳作為催化劑。隨著混合物冷卻，形成具有大孔隙的低密度石墨烯（這些毛孔占材料體積的99％）。
隨后，研究人員試圖找到最大限度的石墨烯生產(chǎn)時(shí)間和激光功率，激光照射過(guò)程一再反復(fù)重復(fù)。
研究人員已經(jīng)確定了參數(shù)的有效組合，認(rèn)為他們的技術(shù)可以在不同領(lǐng)域有很多用途。
“使用我們的方法制作的3D石墨烯泡沫顯示了需要 快速成型 和制造3D碳材料的應(yīng)用，包括能量?jī)?chǔ)存、阻尼和吸音的應(yīng)用，”Rice的研究生Yilun Li說(shuō)。
該研究論文已發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊ACS Nano上。其他合著者包括Rodrigo Villegas Salvatierra、Tuo Wang、Pei Dong、Yongsung Ji、Seoung-Ki Lee、Chenhao Zhang、Jibo Zhang和Pulickel Ajayan，以及位于猶他州西約旦的Robert Smith。
Tour說(shuō)：“這項(xiàng)研究是全球首例。我們已經(jīng)展示了如何從非石墨烯原材料制造3D石墨烯泡沫，并且該方法適用于縮放成具有孔徑控制的3D打印應(yīng)用的石墨烯泡沫。”
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