3Dプリントを使用して、さまざまな形状のグラフェンエアロゲルを印刷できます。

グラフェンに関して最も有名なのは、2010年に2人の科学者がグラフェンに関する徹底的な研究によりノーベル物理学賞を共同受賞したことだろう。復旦大学は最近、シンガポール国立大学の研究者と協力し、高効率グラフェン製造の新しい方法を開発したと発表した。この中核技術は、産業界に「スケールアップ」するのが非常に容易になるだろう。

論文を発表し、企業と協力するという従来のやり方とは異なり、研究チームは正反対のことをしました。2013年に革新的な成果を生み出し、2014年に特許を申請し、2015年に特許が国内企業に譲渡された後に、その結果をネイチャーコミュニケーションズにオンラインで公開したのです。研究チームのリーダーの一人、復旦大学高分子科学部および高分子分子工学国家重点実験室の呂紅斌氏は、「良いものはしばらくそのままにしておく必要がある。落ち着けばさらに良くなるかもしれない」と語った。

革新的な製品のための機能性添加剤になる<br /> グラフェンはノーベル賞でよく知られているだけでなく、古くから私たちの生活に深く関わっています。自然界にはすでに存在しているのですが、単層構造に分離することが困難です。グラフェンが何層にも積み重なったものがグラファイトです。厚さ1mmのグラファイトには約300万層のグラフェンが含まれています。鉛筆で紙の上を軽くなぞると、その跡は数層のグラフェンになることがあります。グラフェンは完璧な二次元構造を有しているため、多くの革新的な製品の機能添加剤として使用されています。例えば、特殊なポリマーコーティングに添加すると、その絶縁特性によりコーティング寿命を延ばすことができます。また、導電剤としてバッテリーに添加すると、電子伝達がより便利になり、充電速度が向上します。一部の繊維や電熱装置に添加すると、その特殊な導電性と熱伝導性により、製品の性能がさらに向上します。

このような有用なものに対して、より良い調製方法が学界と産業界が追求する共通の目標となっています。英国マンチェスター大学の2人の科学者、アンドレ・ジェムとコスチャ・ノボセロフは、非常に簡単な方法で、より薄いグラファイト片を生成できることを発見した。研究者らは、高配向性熱分解黒鉛から黒鉛シートを剥がし、その両面を特殊なテープに貼り付けた。テープを剥がすと、黒鉛シートは2つに分割された。この操作を繰り返してシートをどんどん薄くし、最終的に炭素原子1層のみからなるシート、つまりグラフェンを得た。それ以来、グラフェンを製造するための新しい方法が次々と登場し、5年間の開発を経て、グラフェンを工業生産の分野に導入するのもそう遠くないことがわかりました。

グラフェンの大規模応用の課題を解決する<br /> 陸鴻斌氏はグラフェンについて、3つの「最高」の評価を与えた。グラフェンは既存の材料の中で最も薄く、わずか0.335ナノメートルである。強度が最も高く、鋼鉄の100倍である。熱伝導率が最も高く、金属銀の10倍以上である。さらに、電子移動度が極めて高く、シリコンより2桁高い。この新しい二次元材料は、インテリジェント機器、航空宇宙、エネルギー貯蔵、環境ガバナンスなど多くの分野で大きな応用可能性を秘めており、重要な戦略的新興材料です。

しかし、高品質のグラフェンをいかにして効率的かつ大規模に製造するかが、その大規模応用を制限する重要な問題となってきました。実際、グラフェンは自然界に自然に存在しており、グラフェンを調製するための理想的な解決策は、天然の薄片状グラファイトから始めて、特定の溶媒液相でグラフェンに剥がすことです。つまり、グラフェンは疎水性であるため、剥離環境液に多量の活性剤を添加する必要があり、そうしないと剥離が困難になります。一般的な方法は、1トンのグラフェンを準備するために3トンの過マンガン酸カリウムと他の酸化剤を加えて酸化グラフェンに変換し、それを剥がして還元することです。この酸化、還元、洗浄のプロセスでは大量の廃水が発生し、グラフェンの独自の特性も一部失われます。

これらの困難をどう克服すればいいのでしょうか?この研究グループの研究者は、非安定分散戦略を採用し、グラフェン表面に微量のイオン化可能な酸素含有官能基を導入することで、極めて高濃度で迅速かつ高収率の剥離を実現しました。剥離生成物の90％以上は格子欠陥の少ない単層グラフェンであり、グラフェンの大規模応用における保管および輸送の問題を効果的に解決します。さらに、この方法で製造されたグラフェン水性スラリーは優れたレオロジー特性を示し、3Dプリントを通じてさまざまな形状のグラフェンエアロゲルを直接製造するために使用できるため、エネルギー貯蔵、環境ガバナンス、多機能複合材料などの分野でのグラフェンの応用に新たな道が開かれます。

出典：解放日報拡大記事：世界最軽量の3Dプリント構造 - 科学者が3Dプリントグラフェンエアロゲルを開発

3Dプリントを使用して、さまざまな形状のグラフェンエアロゲルを印刷できます。

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