中科院蘇州納米所錢波團(tuán)隊(duì)的郭浩等人提出一種3D打印層狀石墨烯氣凝膠的新策略設計標準。應(yīng)用3D打印定制的針對不同氧化石墨烯墨水的狹縫擠出頭，并在墨水中加入叔丁醇製造業，抑制冰晶生長記得牢，最后應(yīng)用定制擠出頭3D打印制備得到層狀石墨烯氣凝膠，實(shí)現(xiàn)相比同類材料更高的電導(dǎo)率和電磁屏蔽性能更優美，以及高靈敏壓阻傳感性能各方面。

圖1 3D打印層狀石墨烯氣凝膠及其電磁屏蔽和壓力傳感特性

二維材料氣凝膠因其在電磁屏蔽、傳感器優勢、柔性器件善謀新篇、超級電容器及油污吸附等方面的應(yīng)用吸引了人們廣泛的研究興趣。由于二維材料本身的各向異性特性便利性，相比各向同性結(jié)構(gòu)方法，層狀二維材料氣凝膠在特定方向展示出優(yōu)異的機(jī)械、電子提供有力支撐、熱性能切實把製度。然而，目前制備層狀結(jié)構(gòu)二維材料氣凝膠的方法較少自行開發，比較常用的是定向冷凍方法進行部署，但該制備方法在尺寸和形狀上尚缺乏自由度，在性能上也仍有提升的空間品質。同時(shí)由于利用好，二維材料分散液具有剪切變稀的特性，在剪切力的作用下解決問題，可以實(shí)現(xiàn)液晶形態(tài)的取向分布系列，如果能充分利用這一特性，將有望通過擠出裝置實(shí)現(xiàn)取向結(jié)構(gòu)二維材料氣凝膠的制備相互配合，從而提升樣品制備的自由度慢體驗，并進(jìn)一步提升材料性能。

中科院蘇州納米所錢波團(tuán)隊(duì)的郭浩等人針對這一問題智能化，提出一種3D打印層狀石墨烯氣凝膠的新策略科技實力。為充分利用氧化石墨烯墨水的剪切變稀特性處理，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)不用配方墨水的剪切變稀特性定制設(shè)計(jì)并應(yīng)用摩方精密nanoArch S140高精度光固化3D打印機(jī)制備了可使對應(yīng)氧化石墨烯墨水實(shí)現(xiàn)長程有序液晶形態(tài)的狹縫擠出頭，狹縫尺寸50 μm在此基礎上，應(yīng)用該擠出頭在冷凍襯底上逐層3D打印相對應(yīng)墨水助力各行。由于氧化石墨烯水基墨水中的水在冷凍襯底上結(jié)晶生成大尺寸冰晶，這將破壞狹縫擠出氧化石墨烯的液晶形態(tài)自主研發，為解決這一問題確定性，團(tuán)隊(duì)通過調(diào)節(jié)叔丁醇在墨水中的含量，減小了冷凍襯底上冰晶生長的尺寸損耗，從而降低了冷凍過程對于取向結(jié)構(gòu)的破壞講故事，最終通過冷凍干燥和化學(xué)還原實(shí)現(xiàn)了層狀結(jié)構(gòu)石墨烯氣凝膠的制備。

圖2 根據(jù)墨水的流變性能設(shè)計(jì)并打印擠出頭

研究顯示性能穩定，通過3D打印新策略制備的石墨烯氣凝膠的層狀結(jié)構(gòu)清晰全面革新。得益于該層狀結(jié)構(gòu)，本研究3D打印的石墨烯氣凝膠展示出比同類石墨烯氣凝膠更高的電導(dǎo)率（705.6 S m?1）研學體驗、更高的電磁屏蔽性能（3 mm樣品在X波段可實(shí)現(xiàn)最高電磁屏蔽能效68.75 dB）建設項目，并可實(shí)現(xiàn)高靈敏的壓阻傳感性能（清晰的語音和脈搏信號傳感分辨能力）。

圖3 通過墨水配方調(diào)控獲得良好層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠

圖4 3D打印層狀石墨烯氣凝膠的電導(dǎo)率和電磁屏蔽性能

圖5 3D打印層狀石墨烯氣凝膠的力學(xué)和傳感性能

研究者相信近年來，此項(xiàng)研究將為具有剪切變稀性能的材料制備層狀取向結(jié)構(gòu)材料提供一條新的路徑講道理，為納米材料通過3D打印有序可控組裝并實(shí)現(xiàn)更高的性能提供一個(gè)新的思路。相關(guān)論文在線發(fā)表在《Advanced Materials Technologies》上技術先進。蘇州納米所郭浩為本文第一作者，錢波為本文通訊作者延伸，蘇州大學(xué)石學(xué)軍為本文的軟件模擬提供了支持認為。

論文信息：A New Strategy of 3D Printing Lightweight Lamellar Graphene Aerogels for Electromagnetic Interference Shielding and Piezoresistive Sensor ApplicationsHao Guo, Tianxiang Hua, Jing Qin, Qixin Wu, Rui Wang, Bo Qian, Lingying Li, Xuejun ShiAdvanced Materials TechnologiesDOI: 10.1002/admt.202101699
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/admt.202101699