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Am wenigsten dichte 3D-gedruckte Graphenstruktur mit neuer Technik

Am wenigsten dichte 3D-gedruckte Graphenstruktur mit neuer Technik
Ausgabezeit:2017-07-10
Mit einer Atomstärke ist Graphen das leichteste und stärkste Material der Welt. Es war jedoch nicht einfach, seine Kraft zu nutzen, denn es ist kein einfacher Prozess, um das härteste Material der Welt zu manipulieren. Additive Manufacturing (AM) kann die Antwort enthalten.

Verschiedene Forscher arbeiten derzeit daran, Wege zu finden, das "Wundermaterial", wie es manchmal genannt wird, in 3D auszudrucken, um die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erhalten. Die meisten Methoden beinhalten die Verarbeitung von Graphen als Aerogel, was letztlich die Menge an Graphen in der endgültigen Zusammensetzung auf nur etwa 20 Prozent reduziert.

Ein 3D-gedrucktes Quadrat von Graphen-Aerogel ist so leicht, dass es auf einer einzelnen Granne von Weizen ruhen kann, ohne es zu biegen. Der Druck wurde von Ingenieuren der Kansas State University, der Universität von Buffalo und der Lanzhou Universität in China gemacht.

Ein 3D-gedrucktes Quadrat von Graphen-Aerogel ist so leicht, dass es auf einer einzelnen Granne von Weizen ruhen kann, ohne es zu biegen. Der Druck wurde von Ingenieuren der Kansas State University, der Universität von Buffalo und der Lanzhou Universität in China gemacht.
An der Universität von Buffalo wurde ein neuer Prozess entwickelt, der die physikalischen Eigenschaften von Graphen beibehält und den 3D-Druck von makroskopischen Strukturen ermöglicht. Tatsächlich wurden die Teile, die mit diesem Verfahren gedruckt wurden, von der Guinness World Records als die "am wenigsten dichte 3D-gedruckte Struktur" bezeichnet, die bisher hergestellt wurde.

3D-Druck mit Graphen
Um zu verstehen, was Zhous Methode so einzigartig macht, ist es wichtig zu verstehen, warum 3D-Graphen traditionell so schwierig ist. Zhou erklärte, dass es bis vor kurzem darum ging, das Material Schicht für Schicht zu verbinden.

 
"Die größte Schwierigkeit beim Drucken von Graphen wird durch die komplexe Graphenmorphologie und den nichttrivialen Materialbildungsmechanismus verursacht", sagte Zhou. "Es ist sehr schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, die 2D-Graphenschichten durch Wärmefixierung, Photohärten, chemische Bindung, wie sie typischerweise in traditionellen 3D-Drucktechnologien verwendet wird, zusammenzubauen."

Frühere Forschungsarbeiten umfassten Arbeiten des Imperial College London und des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Das Team des Imperial College London 3D druckt Graphenoxid in Kombination mit einem reaktionsfähigen Polymer, um das Material als Paste zu extrudieren.

Freeze-Casting Graphen
Zhous Gruppe - zu der auch Dong Lin von der Kansas State University und Qiangqiang Zhang von der Lanzhou Universität in China gehörten - verfolgte einen anderen Ansatz. Das Team modifizierte einen Open-Source-3D-Drucker mit geschmolzenem Filament, um einen Tintenstrahldruckkopf anstelle eines Extrusionskopfes zu verwenden, um eine Graphenoxid- und Wassermischung in einem Gefrierschrank auf einer kalten Platte bei -20 ° C abzuscheiden.

Die niedrigen Temperaturen tragen dazu bei, dass das Objekt seine Form behält und wenn die Eiskristalle wachsen, drücken sie die Graphenschichten, aus denen jede Schicht besteht, in ein 3D - Netzwerk. Beim Drucken wird die Struktur gefriergetrocknet, wodurch das Eis verdampft und nur ein Graphen-Aerogel.

Dieser Prozess, bekannt als Gefrierguss, wird manchmal in Keramik verwendet. Wasser verfestigt sich auf anisotrope Weise, und wenn es mit einem anderen Material, wie keramischen Teilchen, in einer Aufschlämmung kombiniert wird, ist es möglich, die Temperatur gerichtet zu steuern. Auf einer Seite bilden sich Eiskristalle aus, die sich über einen Temperaturgradienten auf dem Material verteilen und dabei die Partikel der Mischung umverteilen.

"Das Endergebnis ist Graphen-Aerogel, ein poröses und superleichtes Material, bei dem der flüssige Teil des Gels durch Luft ersetzt wird, so dass es seine Form bei Raumtemperatur beibehalten kann", sagte Zhou. "Der Prozess hat sich als sehr effektiv erwiesen erfolgreich. Einer der Blöcke auf dem Weg ist das richtige Wärmemanagement, das der Schlüssel zur Prozessleistung ist (Zuverlässigkeit, Auflösung und Integrität). "