众所周知，石墨烯是一种神奇的材料，并且背负着人们太多的期望。这种材料最早于2014年被发现，其具有许多优良的性能，例如；其厚度相当于人类头发的百万分之一，力学强度是钢材的300倍，此外，石墨烯材料还是目前已知的最好的热导体和电导体等。这些优良的性能如果能够得到合适的应用，将会发挥出巨大的作用，包括使计算机运行更快，电池的容量更大，太阳能电池板工作效率更高等。
 
但是，这种材料属于二维材料，人们目前很难使其形成三维结构。
 
最近，有科学研究人员将氧化石墨烯悬浮液——一种凝胶状物质倒入冰冻的模具中以期制造出具有三维结构的物体，结果表明，这种工艺方法确实有效，但却只能制备出结构较为简单的物体，因此其商业应用也非常有限。
 
另外一种可选择的方法就是采用现在比较流行的一种技术——3D打印技术。采用这种方法，研究人员通常都会将石墨烯与一种聚合物或者其它增稠剂混合，这样有助于防止三维结构瓦解坍塌。但随后采用一些热处理程序以除去所采用的聚合物时，难免又会对这种精细结构产生破坏作用。
 
幸运的是，一支由来自美国布法罗大学、堪萨斯州立大学以及中国哈尔滨工业大学的工程师们组成的研究小组将有望解决这个难题。

该研究小组已经于今年2月10号将其研究成果以论文的形式发表在期刊《Small》上，该论文中详细的记述了他们是如何利用一台改进的3D打印机，以氧化石墨烯为打印材料打印出格子状的立方体结构以及一个三维的悬臂桁架结构。这种三维结构使得石墨烯材料在电子领域、医疗诊断设备等领域中的应用又前进了一大步。
   
“石墨烯材料是出了名的难以调控，但是我们所制备出的结构表明，人们能够以三维的形式控制它的形状”，该论文的通讯作者，来自美国布法罗大学工业系统工程专业的助理教授Chi Zhou说道。
 
在实验过程中，他们将氧化石墨烯与水混合，随后在温度为-25℃的一个表面上打印格子型框架结构；石墨烯于是就形成了一个类似于三明治的结构，被夹在冻结的冰层之间；这种冰就起到了结构支撑的作用。当该过程结束后，将打印好的格子状框架浸泡在液氮之中，这有助于形成更强的氢键；随后将该格子框架置于一个冷冻干燥器上，以使冷冻的冰层变成气体并挥发出去。最后的结果就是得到了一个复杂的，由石墨烯气凝胶组成，具有三维结构，在室温下能够保持稳定形状的物体。
 
“通过将石墨烯置于寒冷的环境中，我们能够确保它最后保留了我们开始设计的形状，这是石墨烯材料研究进程中所取得的一项重要进步，这使得石墨烯离成为商业上可行的材料又近了一步”，该论文的另一通讯作者，来自美国堪萨斯州立大学工业制造系统工程专业的助理教授Dong Lin说道。
 
该研究小组正计划以他们目前的发现为基础，进一步调查研究如何制备出由多种材料组成的气凝胶结构。


译自：phys.org
来源：材料与测试
译者：vince

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