近日，韓國(guó)電工研究所(KERI)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)完全使用石墨烯成功地3D打印出了一個(gè)納米結(jié)構(gòu)，這是歷史上的第一次，具有劃時(shí)代的意義，證明了將純石墨烯材料用于3D打印的可能性。
       該研究成果發(fā)表在2014年11月出版的《AdvancedMaterials》上，研究人員使用拉伸的油墨彎液面制作出3D結(jié)構(gòu)的還原氧化石墨烯(RGO)納米線(xiàn)。顯然，與大多數(shù)使用線(xiàn)材或粉末做材料的3D打印方法不同，KERI的方法更加精細(xì)。“這種方法(指拉伸油墨彎液面法)使我們能夠?qū)崿F(xiàn)比噴嘴孔徑更精細(xì)的打印結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的制造。”該研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人SeungKwonSeol教授稱(chēng)。
       這對(duì)于在打印的電子器件中實(shí)現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)是一個(gè)很重要的進(jìn)展，這其中石墨烯將發(fā)揮非常重要的作用。
       所謂石墨烯，是由單層碳原子形成的特殊材料，它以其獨(dú)特的性能，如超凡的導(dǎo)電性、柔韌性和透明性，使之成為從電子到能量存儲(chǔ)到商業(yè)應(yīng)用的理想材料。然而，科學(xué)家們面臨的挑戰(zhàn)是如何在微米和納米尺度操縱石墨烯片，這需要非常高的精確度。很多科學(xué)家認(rèn)為，3D打印工藝可能是解決方案。
       在研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表的論文中描述了Seol教授的研究小組如何利用彎液面作為一種更新穎的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)納米級(jí)3D打印。首先，科學(xué)家在室溫下使用微量吸管在其前端形成彎液面，隨后在上面生長(zhǎng)出石墨烯氧化物(GO)線(xiàn)。該導(dǎo)線(xiàn)然后通過(guò)熱或化學(xué)處理(用肼)削減。隨著熔劑迅速蒸發(fā)，微量吸管拉動(dòng)石墨烯氧化物(GO)沉積，從而實(shí)現(xiàn)GO線(xiàn)的生長(zhǎng)。
       GO納米線(xiàn)的制造通過(guò)拉動(dòng)一個(gè)含有GO懸浮浮液的微量吸管(GO板厚度為0.9±0.1納米)，以及在水蒸發(fā)過(guò)程中拉伸該彎液面來(lái)實(shí)現(xiàn)。在上圖圈中(右下)：FE-SEM圖像顯示出一個(gè)生長(zhǎng)成的rGo納米線(xiàn)，直徑為400納米。viaNanowerk&AdvancedMaterials
通過(guò)調(diào)整吸移管的拉伸率，研究人員能夠準(zhǔn)確地控制rGo納米線(xiàn)，并能達(dá)到約為150納米的最小值。研究人員指出，他們的做法可有效用于3D打印石墨烯納米結(jié)構(gòu)以及多材料3D納米打印。據(jù)天工社了解，利用這種技術(shù)，它們可以產(chǎn)生各種獨(dú)立式的rGO結(jié)構(gòu)，包括直導(dǎo)線(xiàn)、橋梁、懸浮結(jié)和編織結(jié)構(gòu)等。
       迄今為止，市場(chǎng)上出現(xiàn)了石墨烯增強(qiáng)型的3D打印復(fù)合線(xiàn)材，但它其實(shí)有一些問(wèn)題，在復(fù)合材料中加入石墨烯確實(shí)會(huì)提升塑料屬性，但是塑料材料同時(shí)會(huì)惡化石墨的固有性質(zhì)。此外，傳統(tǒng)的FDM打印方法根本不可能實(shí)現(xiàn)在納米尺度打印3D對(duì)象。
       “據(jù)我們所知，之前沒(méi)有完全用石墨烯做材料3D打印納米結(jié)構(gòu)的報(bào)道。”Seol教授說(shuō)。“我們確信，這種做法將帶來(lái)一種3D打印電子的新模式。”
       顯而易見(jiàn)，使用石墨烯材料的3D納米打印技術(shù)的出現(xiàn)將為各種理論上存在的“科幻產(chǎn)品”問(wèn)世打開(kāi)大門(mén)，比如納米機(jī)械、納米機(jī)器人等。