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

この投稿は、Little Soft Bear によって 2017-7-3 11:56 に最後に編集されました。

Antarctic Bearによると、中国のフェロー大学、カンザス州立大学、蘭州大学の3人の研究者が開発した3Dプリントグラフェンエアロゲルが、ギネス世界記録で「最も密度の高い3Dプリント構造物」に認定されたという。 3Dプリントされたグラフェンエアロゲルは、1立方センチメートルあたりわずか0.5mgと非常に軽量です。綿や花びらの上に置くことができ、複雑な微細構造を持つ超軽量グラフェンエアロゲルを製造できます。研究者たちは、この新しい技術によってこの種の材料の新たな用途が開拓されることを期待している。
いわゆるエアロゲルはスポンジのような構造を持つ低密度の材料です。熱や光の絶縁体として機能するなど、多くの重要な目的に使用できます。研究者たちは、グラフェンとエアロゲルを組み合わせることで得られる高圧縮性、高電気伝導性、そして長年期待されてきた衝撃吸収構造、固体電池、触媒の製造を可能にする用途など、いくつかの特殊な特性に特に興味を持っています。
多くの人々は、3D プリント技術が、グラフェンエアロゲル材料を使用して上記の用途向けの複雑な構造を製造するための有望な方法であると考えています。しかし、実際にそれを実行するのはそれほど簡単ではありません。「3Dプリントを可能にするには、まずグラフェンの粘度を変える必要がある。なぜなら、グラフェンの粘度は非常に高いからだ」と研究者らは語った。グラフェンは鋼鉄を上回る機械的強度、電気伝導性、熱伝導性、そして並外れた磁気特性を備えているため、2010 年以降、世界的に急成長を遂げています。電子機器の電源としてだけでなく、スマートウェアラブルやフレキシブル LED スクリーンなどの将来のテクノロジーにも適しています。現状の課題は、その特性を維持したまま大量生産することが難しいことです。

従来、グラフェンエアロゲル構造を印刷するには、研究者はグラフェンをポリマーまたはシリコンと混合し、インクジェットプリンターを使用して室温または高温でグラフェン混合物を押し出す傾向があります。その後、ポリマーまたはシリコンは燃焼または化学処理によって除去されますが、これによってエアロゲルの構造が損傷する可能性があります。さらに、この階層化印刷技術では、吊り下げられた物体などの複雑な構造を製造することが困難になります。 3D プリントエアロゲルは、層状構造のため、物理的特性の劣る材料になる傾向があります。

研究者らは、2つのノズルを備えた改造されたインクジェットプリンターを使用して、グラフェンエアロゲルを3Dプリントした。 3D プリントされた酸化グラフェンの液滴を水と混ぜて -20°C の冷蔵庫に入れると、グラフェンと水で構成された 3D の氷構造が形成され、グラフェンの形状が維持されます。研究者たちは、構造物を3Dプリントした後、その3D材料を凍結乾燥機に入れ、高真空と低温で氷を除去した。これにより、室温でも形状を維持できる 3D グラフェンエアロゲルが残ります。

研究者の一人は、グラフェンは革命的な材料であり、そのエアロゲル形態も極めて重要であると述べた。この 3D 印刷方法により、グラフェンエアロゲルの形状を制御し、理想的にはエアロゲルの電気的および機械的特性も制御することが可能になります。極めて軽量な 3D プリントグラフェンエアロゲルは、フレキシブルバッテリー、半導体、さらには建物の断熱材の製造にも使用でき、将来的にはさらに多くの用途に応用される可能性があります。
3 彼らは酸化グラフェンを水と混ぜ、それを摂氏マイナス25度の表面に3Dプリントしました。このようにして、印刷された各層は凍結され、次に氷のサポートを受けて次の層が印刷されます。さらに、研究者らは、これらの酸化グラフェン懸濁液を凍結構造上に堆積させると、凍結していない物質がすでに凍結している表面を解凍し、層が自由に混ざり合って再凍結し、水素結合が形成されてエアロゲル構造の完全性が向上することを発見した。純水を満たした2つ目の3Dプリンターのノズルを使用することで、水が氷の支持体を形成し、その上に酸化グラフェン懸濁液を重ねることができるため、複雑な構造も作成できました。

最後に、得られたエアロゲルを液体窒素で凍結乾燥させて水分を除去し、加熱してエアロゲルを形成します。この技術を使用して、研究者は、優れた電気伝導性と高い圧縮性を備えた、1立方センチメートルあたり0.5〜10ミリグラムの密度のエアロゲルを作成することができました。研究者たちは現在、このマルチノズルアプローチがさまざまな材料を使ったエアロゲル構造の作成に使用できるかどうかについてさらに調査したいと考えています。

出典: China Composites & 3D Printing World 詳しい情報: 研究者がレーザー3Dプリントを使用して原子レベルの薄さのグラフェンを作成グラフェンと3Dプリントがリチウムイオン電池業界にもたらす混乱

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