石墨烯在3D打印方面的應用有哪些?
石墨烯是一種以sp2雜化連接的碳原子嚴密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新資料。石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性,在資料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的使用遠景,被認為是一種未來革命性的資料。
石墨烯是當今世界Z受注目的資料之一,雖然它只有一個碳原子那么厚,但它的強度卻是鋼的100倍,并且靈敏度非常高。自從2004年科學家成功從石墨中別離出石墨烯,涉及石墨烯的專利清單每年都在呈指數增長。
石墨烯自身的優勢就是質量輕、強度高、導電性好。而石墨烯3D打印現在干流采用的是擠出式3D打印(extrusion-based 3D printing)技術,其中心與要害正是打印過程中所用的漿料(或線材),這需求先將石墨烯及其衍生物(氧化石墨烯等)分散于適宜的高粘度高分子資料或其他溶劑中形成漿料再3D打印成所需三維結構,待打印結束后,通過后處理方法(如退火等)進步石墨烯的還原程度及純度。
其實除了高機械性能外,石墨烯資料已在許多功用器件里得到使用,一個典型的例子就是電化學儲能器件,其主要包括電池和超級電容器,而三明治結構平和面型結構是現在的兩個干流構型。
因為其自身較好的機械性能與導電性,石墨烯資料在生物醫學方面也具優勢。美國西北大學Ramille N.Shah和Mark C.Hersam研究組使用擠出式3D打印技術打印出石墨烯與一種可降解聚酯(PLG)形成的復合資料。因為其共同的漿料配方,其中占有較大組分的石墨烯(質量分數達75%)使得打印出來的結構具有較好的電導和機械性能,而PLG組分是一種具有生物相容性的資料,能夠保證結構柔韌性和安穩性。同時,其打印精度可達100微米以下(打印速度40毫米/秒)。打印出來的三維結構還被證實可以較安穩的使用于生物醫學方面。研究團隊往打印的石墨烯基支架上注入干細胞,其存活了下來接著便繼續割裂、增殖,Z后轉化成相似神經元的細胞,其Z終的結果相當超卓。
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