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韓國研究人員開發出完全由石墨稀組成的3D打印納米結構

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韓國研究人員開發出完全由石墨稀組成的3D打印納米結構

發布日期:2018-03-27 作者: 點擊:

   韓國電工學研究機構(KERI)的團隊首次成功地演示了完全由石墨稀材料組成的3D打印納米結構。

  有關這項革命性方法的文章刊登在2014版“先進材料”雜志11月份第33期上。該方法涉及使用油墨的拉伸彎液面制造3D還原石墨稀氧化(RGO)納米線。大多數的3D打印方法使用細絲或粉末作為打印材料,與此不同的是,KERI的方法更加精密。研究小組負責人金勝全教授表示,“這使我們能夠實現比一個噴嘴孔徑更加精細的打印結構,從而可以制造納米結構。”

  這對于在打印的電子器件中三維模式的實現是一個重大進步,而石墨稀在打印電子器件中起著非常重要的作用。

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  石墨稀由僅有一個原子厚的單層碳原子構成,并呈六邊形晶格狀。其是所有石墨稀材料的基本構建塊。它以獨特的性能而著稱,如非凡的電導率、靈活性和透明性,使之成為從電子器件到能量存儲,再到商業應用的理想材料。然而,科學家面臨的挑戰是在微米和納米尺度上對石墨稀片進行操控,這需要高的精確度。3D打印的增材制造工藝僅可能是解決方案。

  正如他們文章中所描述的,金教授的研究小組利用彎液面作為一種更新穎的方法,以實現納米級3D打印。使用在微管尖端形成的彎液面,石墨稀氧化物(GO)細絲在室溫下生長。接下來,細絲通過熱或化學處理(肼)進行還原。隨著溶劑的迅速蒸發,通過拉動微管實現的GO沉積,從而推動GO細絲的生長。

  通過調整微管的拉伸率,研究人員能夠準確地控制rGO細絲,能夠達到的最小值為150納米。研究人員指出,他們采用的方法在石墨稀納米結構3D打印,以及多材料3D納米打印中相當有效。采用這種技術,他們生產出各種各樣的獨立的rGO體系結構,包括直絲、橋梁、懸掛連接點和編織結構。

  迄今為止,采用FDM打印機,用于3D打印石墨稀增強型塑料結構的復合細絲已被提出,但這種細絲確實會帶來一些困難。在這種復合環境下使用的石墨稀改進了塑料的屬性,同時,塑料材料降低了石墨稀的固有屬性。此外,傳統的FDM打印方法不能準確地將打印結構縮小到所需的納米尺度。

  金教授表示,“據我們所知,尚未有關于完全由石墨稀組成的3D打印納米結構。”

  他繼續提到,“我們確信,這種做法將為實施打印器件三維模式提出新的范式。事實上,3D納米技術打印領域的這種進步對石墨稀納米結構的3D打印領域,以及多材料納米打印來說是有效的,它可以在多個電子工業領域實現,如3D打印電路板、晶體管、太陽能電池、傳感器等。”

  雖然一些挑戰仍然存在,如將3D打印尺寸從150納米減少到10納米,3D打印技術中石墨稀的使用比以往更具前景。


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