利用氧化石墨烯 開(kāi)發(fā)全新高性能3D打印墨水

近期，《炭素》（Carbon）在線(xiàn)發(fā)表了哈爾濱工業(yè)大學(xué)和我國(guó)教育部研究人員共同完成，關(guān)于利用用氧化石墨烯將不可打印的地聚合物變成3D打印墨水的相關(guān)實(shí)驗(yàn)及研究成果。該論文題為“3D printing strong and conductive geo-polymer nanocomposite structures modified by graphene oxide”。研究人員開(kāi)發(fā)的這種新材料表現(xiàn)出與高強(qiáng)度混凝土相當(dāng)?shù)睦鞆?qiáng)度，以及與導(dǎo)電性最好的陶瓷納米復(fù)合材料相同的導(dǎo)電率。

改變地聚合物的流動(dòng)性

此次研究中的3D打印墨水是一種地聚合物，這種材料具有耐熱和絕緣性能，并且能將廢棄材料封裝在其結(jié)構(gòu)中，它包括高溫陶瓷、由回收材料制成的混凝土（如俄羅斯建筑公司Renca開(kāi)發(fā)的géobéton）。作為一種原料，地聚合物本身不具有通過(guò)3D打印噴嘴的流動(dòng)性。因此，為了改變它的流動(dòng)性，研究人員嘗試將氧化石墨烯加入其中。

混合材料

通過(guò)將氧化石墨烯顆粒注入地聚合物中，研究人員制作出四種材料樣品，每一種有著不同的GO-地聚合物比。

在地聚合物的分子結(jié)構(gòu)中，GO顆粒充當(dāng)了堿源顆粒和鋁硅酸鹽之間的一種潤(rùn)滑劑。該研究假設(shè)顆粒之間的相互作用在顆粒之間產(chǎn)生了一層厚的水膜，因此具有較高GO濃度的GO-地聚合物墨水的流動(dòng)性比其他墨水更好。

打印原本無(wú)法打印的材料

研究員用一臺(tái)改進(jìn)后的市售UP Plus2 3D打印機(jī)打印上述墨水。在將墨水直接寫(xiě)成一個(gè)設(shè)計(jì)后，他們將結(jié)構(gòu)放在一個(gè)受控腔室內(nèi)進(jìn)行為期5天的固化，隨后再對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行1000℃的燒結(jié)，以將材料中的氧化石墨烯顆粒轉(zhuǎn)化為石墨烯，從而賦予結(jié)構(gòu)額外的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。