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3D打印新型气凝胶提升储能技术
发布:shadow   时间:2015/4/27 9:26:49   阅读:1395 
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材料与测试:3D打印新型气凝胶提升储能技术

一种新型的石墨烯气凝胶,将能更好的被用于能量贮存、传感器、纳米电子、催化作用和分离作用等方面。来自美国劳伦斯利物莫国家实验室的研究人员已经制备出了一种具备工程结构的石墨烯气凝胶,而他们的制备方法就是利用3D打印技术,就像用墨水写字一样直接。该研究成果发表在4月22号的《自然通讯》杂志上。
 
3D打印出的石墨烯气凝胶具有很高的表面积、优异的导电性能、质轻、机械硬度大,并且展示出极高的可压缩性(高达90%的压缩变形)等优良特性。此外,3D打印的石墨烯气凝胶微晶格相比大块的石墨烯材料,在性能上提升了一个数量级以上,而且更加有利于质量输运过程。
 
气凝胶是一种人工合成的多孔、超轻型材料。其源自于水凝胶,只是水凝胶中的液体部分被气体所代替,因此气凝胶也经常被人们称为“烟熏液”。
 
此前的尝试都是集中在制备具有大量随机分布的孔状结构的大型石墨烯气凝胶,而失去了调控质量输运过程的能力和这种材料的某些力学性能,这些性能原本可以使其应用在一些特殊领域,如用在分离器、液流电池和压力传感器等方面。
 
“到目前为止,想要用一种可控并且可规模化的组装方法制备出可应用于特定领域的可调整型宏观石墨烯气凝胶,仍然是我们必须面对的一个巨大的挑战”,这项研究的合作者之一, Marcus Worsley工程师说道:“3D打印能够使研究人员智能的设计这种气凝胶的多孔结构,并且能够控制好质量输运过程(气凝胶通常需要高的压力梯度驱使物质进行质量输运过程通过它们,这都是因为气凝胶的小而弯曲的多孔结构所致),此外还能优化气凝胶的物理性能,例如硬度等。该研究所取得的发展进步也拓宽了将气凝胶用在一些新奇的和具有创造性的领域的思路”。
 
在整个制备过程中,需要用到氧化石墨烯油墨,其制备过程为:通过将含水的石墨烯氧化物悬浮液和二氧化硅填料混合形成一个均匀的、具有高度粘性的油墨,也即是制得的氧化石墨烯油墨。这些制备的氧化石墨烯油墨然后被装进一个注射器的管内,通过一个微喷嘴挤出成型,最终形成一个具有三维结构的材料。
 
“将3D打印技术与气凝胶的制备结合起来使得研究人员可以制备出大量的复杂的,并具有一定的力学性能和可压缩性的气凝胶结构,以适应各种不同的应用领域,这在以前是难以做到的”,期刊文章的共同作者Cheng Zhu工程师说道。
 


来源:材料与测试
译者:vince
译自 sciencedaily
 
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