如何利用3D激光打印糖大規模生產石墨烯
材料牛注：如何將石墨烯從二維轉化成三維，從而使其發揮巨大的功效，是目前的一個重點，而如何更加簡單地大規模制備3D石墨烯，更是一個難點。現在，萊斯大學的研究人員（James Tour團隊）通過3D激光打印糖和鎳的混合物，得到了低密度石墨烯泡沫，有望實現石墨烯的大規模工業化生產，這項研究也已經發表在ACS Nano上。
神奇的碳基材料石墨烯開始從二維向三維躍升了。早在今年2月份，萊斯大學的研究人員就研發出了碳納米管支撐的3D石墨烯泡沫，但是這種材料很難制備。現在，該團隊開發出了3D打印該材料的方法。
石墨烯有望改善電子、電池、醫藥、水過濾器等需要做到更輕、更強或更易導電導熱的材料。但是，在它真正能解決這些問題之前，它需要從2D形式轉換成3D形式，而這就是關鍵所在。迄今為止人們所做的努力仍然不足以做出其二維對應物那么有效的材料。
但情況正在改善。今年1月份，麻省理工學院的一個團隊提出了一種可能制備出海綿狀超強3D石墨烯的方法，而萊斯大學的研究人員則以“鋼筋石墨烯”為依托，采用碳納米管進行加固，使材料能夠承受自身3000倍的重量。
但與鋼筋石墨烯一樣，制備這種材料仍然是一個復雜而昂貴的過程，涉及到化學氣相沉積法（CVD），其只能在非常高的溫度下使用專門的設備進行。
相反，現在他們提出的這種新技術使用的是3D激光打印機。與用噴嘴噴射液體塑料或其他建筑材料不同，3D打印機是使用激光束將粉末狀金屬融合在一起。一層一層地，在金屬粉末中畫出想要的物體。
這種粉末是鎳和糖的混合物。當激光束撞擊該混合物時，糖在鎳催化劑的作用下分解成碳，然后冷卻得到石墨烯。最后得到低密度、指尖大小的石墨烯泡沫塊。
該研究的共同一作Junwei Sha說：“這種簡單有效的方法既不需要冷壓模具，也不需要高溫CVD處理。我們還可以使用這種方法來生產特定類型的石墨烯泡沫，如3-D印刷鋼筋石墨烯，以及通過改變前軀體粉末得到氮或硫摻雜的石墨烯泡沫。
該團隊希望通過簡化大規模制備石墨烯的方法，以加速其進軍工業領域的步伐。
這項研究已經被發表在期刊ACS Nano上。
原文鏈接：How 3D printing, lasers and sugar add up to industrial scale graphene production
文獻鏈接：Three-Dimensional Printed Graphene Foams
本文由材料人編輯部黃亞編譯，點我加入材料人編輯部。
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