ACS Omega: 光硬化による酸化グラフェン液晶の作製

はじめに: グラフェンは知られている中で最も強力な材料です。しかし、この強度をミクロレベルからより有用なマクロレベルに変換するという課題は、まだ達成されていません。酸化グラフェン液晶から作られた固体構造は、優れた機械的特性を持つ紙や繊維を作るために使用できます。伝統的に、この構造には真空濾過、湿式紡糸、凍結乾燥技術がよく使用されます。現在、3D プリント技術はグラフェン酸化物液晶固体構造の製造にも使用されており、達成される強度レベルは非常に高くなっています。ご興味があれば、Antarctic Bear をフォローして一緒にご覧ください。

2022年6月28日、アンタークティックベアは、モントリオールのコンコルディア大学の研究者が、材料に前例のないレベルの強度を与えるために、酸化グラフェン液晶の光硬化3Dプリント技術を研究していることを知りました。彼らの研究はACS Omega誌に「高強度グラフェン酸化物液晶の光硬化」と題して掲載された。
高強度構造材料の製造のための光硬化酸化グラフェン液晶。

グラフェンは、多くの工学上の課題を解決することが期待される驚異的な素材の 1 つとして、10 年以上にわたって注目を集めてきました。この素材は、高い強度対重量比、優れた熱伝導性と電気伝導性、耐腐食性と耐摩耗性を備えています。残念ながら、多くの研究者が注目している実用的用途にグラフェンを使用する能力はまだありません。

アンタークティック・ベアは、コンコルディアチームが現在、光硬化技術を使用して自己組織化酸化グラフェン構造を生成していることを知りました。彼らが作成した酸化グラフェンシートは大きくて複雑でした。

△光硬化法で作製した大型酸化グラフェンシート

グラフェン – 最も強い素材
ノボセロフらは2004年にグラフェンを発見し、その功績によりノーベル物理学賞を受賞した。グラフェンは厚さが原子1個分しかなく、人間の髪の毛の約100万分の1の薄さですが、ヤング率は1TPa、引張強度は130GPaで、現在知られている中で最も強力な素材です。

グラフェン酸化物シートを液晶に自己組織化することは、望ましいマクロ構造をこれらの液晶から作成できるため、有望なアプローチです。これまでに、紙、繊維、エアロゲルなど、多数のマクロ的な（薄いとはいえ）構造が製造されてきました。これらの構造を生成する方法は、湿式紡糸、凍結乾燥、真空濾過など、数多くあります。これらのアプローチは液晶相の秩序ある構造を維持できますが、これらの方法を使用して生成される固体構造の厚さと複雑さには限界があります。

△各種酸化グラフェンシートのSEM画像。

光硬化印刷<br /> 従来の製造方法の限界に対処するために、コンコルディアチームは光硬化技術を選択しました。酸化グラフェンシートを準備するために、研究者たちはまずグラフェンをアルコールに分散させ、それを市販の光開始剤（現在多くの3Dプリント樹脂に使用されているものと同じもの）に混ぜた。

△印刷材料準備工程

研究者たちは、紫外線を使ってグラフェンを液体から固体へと変化させることで、得られた混合物をグラフェン酸化物の薄片に固化させることに成功したことを発見した。研究者らはまた、この新しい光硬化酸化グラフェン紙の引張試験も実施し、その機械的特性が従来の真空濾過法で作製されたベンチマークとなる酸化グラフェン紙のものと同等であることを示した。

△引張試験

見通し

研究者らは、光硬化法を用いて酸化グラフェン液晶を製造することが可能であることを実証した。真空濾過や湿式紡糸などの現在の方法と比較して、光硬化型酸化グラフェン液晶は、より厚く、潜在的に複雑な構造を実現できます。コンコルディアチームは、この方法を本格的なステレオリソグラフィー 3D プリントに適用し、グラフェンでできた大きな 3D 構造を作成したいと考えています。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1021/acsomega.2c02084

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