中科院蘇州納米所錢(qián)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能力建設。應(yīng)用3D打印定制的針對(duì)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競爭力，抑制冰晶生長(zhǎng)發展邏輯，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)率和電磁屏蔽性能結構，以及高靈敏壓阻傳感性能重要的作用。

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、傳感器規模最大、柔性器件力度、超級(jí)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系統性，相比各向同性結(jié)構(gòu)勇探新路，層狀二維材料氣凝膠在特定方向展示出優(yōu)異的機(jī)械、電子傳遞、熱性能試驗。然而勞動精神，目前制備層狀結(jié)構(gòu)二維材料氣凝膠的方法較少，比較常用的是定向冷凍方法製度保障，但該制備方法在尺寸和形狀上尚缺乏自由度預下達，在性能上也仍有提升的空間。同時(shí)由于統籌推進，二維材料分散液具有剪切變稀的特性方案，在剪切力的作用下，可以實(shí)現(xiàn)液晶形態(tài)的取向分布了解情況，如果能充分利用這一特性深入，將有望通過(guò)擠出裝置實(shí)現(xiàn)取向結(jié)構(gòu)二維材料氣凝膠的制備，從而提升樣品制備的自由度重要的，并進(jìn)一步提升材料性能深刻變革。

中科院蘇州納米所錢(qián)波團(tuán)隊(duì)的郭浩等人針對(duì)這一問(wèn)題，提出一種3D打印層狀石墨烯氣凝膠的新策略和諧共生。為充分利用氧化石墨烯墨水的剪切變稀特性質生產力，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(duì)應(yīng)氧化石墨烯墨水實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)程有序液晶形態(tài)的狹縫擠出頭，狹縫尺寸50 μm技術交流，應(yīng)用該擠出頭在冷凍襯底上逐層3D打印相對(duì)應(yīng)墨水先進的解決方案。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)創造更多，為解決這一問(wèn)題宣講活動，團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(zhǎng)的尺寸工藝技術，從而降低了冷凍過(guò)程對(duì)于取向結(jié)構(gòu)的破壞效率，最終通過(guò)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

研究顯示近年來，通過(guò)3D打印新策略制備的石墨烯氣凝膠的層狀結(jié)構(gòu)清晰講道理。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）通過活化、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）落地生根，并可實(shí)現(xiàn)高靈敏的壓阻傳感性能（清晰的語(yǔ)音和脈搏信號(hào)傳感分辨能力）。

圖3 通過(guò)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

    研究者相信健康發展，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有效保障，為納米材料通過(guò)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》上長效機製。蘇州納米所郭浩為本文第一作者講實踐，錢(qián)波為本文通訊作者，蘇州大學(xué)石學(xué)軍為本文的軟件模擬提供了支持。