环保油墨拓展石墨烯在3D打印中的潜力

滑铁卢大学的研究人员利用一种用于3D打印的环保油墨，在汽车、消费电子产品和环境清理等领域释放了石墨烯的潜力

这项名为“用于3D打印功能性导电气凝胶的无添加剂石墨烯基油墨”的研究发表在《材料化学杂志A》上。

石墨烯以其强度、导电性和热性能而闻名，但它通常以粉末形式生产，很难使用，因此限制了它的用途

滑铁卢的研究人员通过设计石墨烯纳米片来制造世界上第一种全石墨烯油墨，从而解决了这个问题，这种纳米片可以分散在水中，同时仍然保持导电性

除了极强的通用性外，这种新油墨还对环境友好，因为它不含添加剂，与替代品不同，打印时不需要任何化学溶剂

滑铁卢化学工程系教授Milad Kamkar博士说：“将石墨材料塑造成复杂的几何形状以用于高级应用长期以来一直是一个关键挑战，限制了它们的广泛采用。”。“通过我们提出的方法，我们可以将石墨烯3D打印成任何形状。”

作为一种水基功能性油墨，石墨烯可以与3D打印机一起用于制造智能手表和健身带的传感器，或用于糖尿病患者的葡萄糖监测

其他潜在的应用包括3D打印部件，使车辆更轻，减少燃料消耗，同时提高耐用性，以及用于净化甚至淡化水的过滤器

3D打印机使用石墨烯墨水制作UW徽标。图片来源：滑铁卢大学

石墨烯油墨也可用于电池、印刷电子产品和环境修复，例如用多孔、高吸水性结构清理海洋中的石油泄漏，并捕获大气中的二氧化碳，以帮助最大限度地减少气候变化

为了设计这些油墨，研究小组——包括卡尔加里大学、不列颠哥伦比亚大学和芬兰阿尔托大学的成员——开发了一种非常适合大规模制造的两步电化学工艺。

一种特殊设计的称为插层的步骤，涉及将分子插入层状石墨中，可以在水中连续生产石墨烯纳米片

“我们的现代技术进步是以新的环境挑战为代价的，”滑铁卢多尺度材料设计实验室主任Kamkar说

“为了生存和应对这些挑战，我们必须开发比目前可用的材料更有效的新材料。这只能通过在从分子和纳米水平到宏观尺度的多个尺度上控制和微调材料特性来实现。”

研究人员的下一步将涉及探索环境修复和二氧化碳捕获技术的先进应用 More information: Elnaz Erfanian et al, Additive-free graphene-based inks for 3D printing functional conductive aerogels, Journal of Materials Chemistry A (2024). DOI: 10.1039/D4TA03082F

Journal information: Journal of Materials Chemistry A