来源:中国聚合物网
溶剂化石墨烯基材料是石墨烯宏观组装体制备领域的一个重要课题。利用氧化石墨烯(GO)水系分散液的液晶行为和胶体性质,科学家们已发展出了一系列以GO为前驱体制备石墨烯纤维,膜,气凝胶等宏观组装体的路线。然而,这些路线在适配3D打印技术时,出现了新的挑战。3D打印技术对打印墨水有高粘度,高模量,快速剪切变稀等的严苛的流变要求,传统的GO分散液难以达到。目前,已报道的文献中主要以添加剂法和高浓度法两种策略来实现GO前驱体的流变行为的改性。然而,这两种方法都未能解决,在3D打印石墨烯前驱体墨水中,高浓度和均相不相容的矛盾,另外,所得到的石墨烯材料局限于多孔结构,强度低,限制了3D打印石墨烯材料的实际应用。设计一种高浓度且均相的石墨烯前驱体墨水,用来制备高密度,高强度,高功能化的石墨烯3D打印材料是一个亟待解决的问题。
研究亮点:
浙江大学高超、许震团队,利用甘油分子对GO片溶剂化的作用,设计了GO/甘油3D打印墨水。该墨水具有较高的GO固含量(~6wt%),且保持了GO液晶相,实现了GO高浓度的均相分散。利用该墨水制备的石墨烯微晶格材料表现出了高强度(~62.7MPa),高抗压性(~90% 压缩形变),高导电性能(x-y平面内导电率2073 S m-1,z方向导电率~250 S m-1)的特性,开拓了新型三维石墨烯框架材料的范畴,为石墨烯材料在储能,复合材料,催化等领域的应用打下了基础。
图1:对比GO/甘油3D打印墨水和重分散GO水系分散液墨水的偏振光显微镜照片a)、d),墨水中GO片的显微照片b)、e)及GO片投影面积的统计结果c)、f)。对比GO/甘油墨水和重分散GO水系分散液在不同浓度(5wt%,6wt%)下的粘度g),动态模量h)和屈服剪切应力i)。
图2:a)不同结构的石墨烯微晶格样品及图案光学照片。3D打印柴垛结构石墨烯微晶格外表面b),内部截面c)及放大d)的电子显微镜照片。E)对比由GO/甘油墨水和重分散GO水分散液分别所得到的石墨烯框架材料的片层堆叠情况。
图3:3D打印石墨烯微晶格机械性能。a)应变幅度步进的加载循环下的应力应变曲线。b)本文中所制备的石墨烯微晶格压缩性能及破坏强度与文献中3D打印石墨烯材料的对比。c)石墨烯微晶格杨氏模量与密度的关系。
来源:南极熊3D打印网
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