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如何利用3D激光打印糖大规模生产石墨烯

作者: +关注作者 来源: 2017-07-03 09:57 标签:
莱斯大学的研究人员(James Tour团队)通过3D激光打印糖和镍的混合物,得到了低密度石墨烯泡沫,有望实现石墨烯的大规模工业化生产

如何将石墨烯从二维转化成三维,从而使其发挥巨大的功效,是目前的一个重点,而如何更加简单地大规模制备3D石墨烯,更是一个难点。现在,莱斯大学的研究人员(James Tour团队)通过3D激光打印糖和镍的混合物,得到了低密度石墨烯泡沫,有望实现石墨烯的大规模工业化生产,这项研究也已经发表在ACS Nano上。


神奇的碳基材料石墨烯开始从二维向三维跃升了。早在今年2月份,莱斯大学的研究人员就研发出了碳纳米管支撑的3D石墨烯泡沫,但是这种材料很难制备。现在,该团队开发出了3D打印该材料的方法。

石墨烯有望改善电子、电池、医药、水过滤器等需要做到更轻、更强或更易导电导热的材料。但是,在它真正能解决这些问题之前,它需要从2D形式转换成3D形式,而这就是关键所在。迄今为止人们所做的努力仍然不足以做出其二维对应物那么有效的材料。

但情况正在改善。今年1月份,麻省理工学院的一个团队提出了一种可能制备出海绵状超强3D石墨烯的方法,而莱斯大学的研究人员则以“钢筋石墨烯”为依托,采用碳纳米管进行加固,使材料能够承受自身3000倍的重量。

但与钢筋石墨烯一样,制备这种材料仍然是一个复杂而昂贵的过程,涉及到化学气相沉积法(CVD),其只能在非常高的温度下使用专门的设备进行。

相反,现在他们提出的这种新技术使用的是3D激光打印机。与用喷嘴喷射液体塑料或其他建筑材料不同,3D打印机是使用激光束将粉末状金属融合在一起。一层一层地,在金属粉末中画出想要的物体。

这种粉末是镍和糖的混合物。当激光束撞击该混合物时,糖在镍催化剂的作用下分解成碳,然后冷却得到石墨烯。最后得到低密度、指尖大小的石墨烯泡沫块。

该研究的共同一作Junwei Sha说:“这种简单有效的方法既不需要冷压模具,也不需要高温CVD处理。我们还可以使用这种方法来生产特定类型的石墨烯泡沫,如3-D印刷钢筋石墨烯,以及通过改变前躯体粉末得到氮或硫掺杂的石墨烯泡沫。

该团队希望通过简化大规模制备石墨烯的方法,以加速其进军工业领域的步伐。

这项研究已经被发表在期刊ACS Nano上。

原文链接:How 3D printing, lasers and sugar add up to industrial scale graphene production

文献链接:Three-Dimensional Printed Graphene Foams


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