目前，市麵上的3D打印主要（yào）的材料包括：塑料、金屬、陶瓷（cí）和生（shēng）物材料為主。而石墨烯（Graphene）是一種由碳原（yuán）子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀二維材料，它隻（zhī）有一個原子層厚度，又叫做單原子層石墨。當這些（xiē）石墨烯層按照一（yī）定的規律“堆積”起來就形成了石墨。今（jīn）天（tiān）小編和大家來談談石墨烯的3D打印研（yán）究進展。

 

 

說（shuō）起石墨烯（xī）3D打印技術，不得不（bú）提的是2013年成立的Graphene 3D Lab公司，短短幾年該公司就已開發出導電石墨烯3D打印線材及相關（guān）產品，順利上市並收購其母公司Graphene Laboratories在外發（fā）行的所有股份。該公司的成功，顯示出了石墨烯3D打印領域的市場（chǎng）前景。

 

 

 

石墨烯本身的優勢就是質量輕、強度（dù）高、導電性好。而石墨烯3D打（dǎ）印目前主流采用的是擠出式3D打印（extrusion-based 3D printing）技術，其核（hé）心與關鍵也正是打印過程中所用的漿料（或線（xiàn）材），這需要先獲取石墨烯及其衍生物（氧化石墨烯等），分散於合適的高粘度高分（fèn）子材料（liào）或其他溶劑中（zhōng）形成漿料並3D打印成所需三維結（jié）構，待打印結束後，通過後處理方式（如退火等）提高石墨烯（xī）的還（hái）原程度及純度。值得注意的是，上述3D打印（yìn）過程獲取的往（wǎng）往是石墨烯基複合（hé）材料，而添加（jiā）劑會較大程度的影（yǐng）響石墨烯（xī）的性能（如機械（xiè）強度、導電（diàn）性等（děng）），因此漿（jiāng）料（或線材）的配製方案需要巧妙拿捏（niē），這個配（pèi）製及打印出來的結構在（zài）不同領域通常也有著不同的要求（qiú），下麵針對幾個（gè）不同的應用領域舉例說明。

 

1. 機械強度方麵

  

 

 

說到高強度，首（shǒu）先必提的是前段時間比（bǐ）較熱門的麻省理工學院Markus Buehler團隊研究結果，他們利用（yòng）計（jì）算機仿真模型對石墨烯的三維結構進行仿真，在假設沒有缺陷的情況下對其強（qiáng）度做出的（de）結果顯示，該結構的（de）極限拉伸強度（2.7GPa）可以比普通鋼鐵高10倍。該團隊利用3D打印製備（bèi）的石墨烯三維結構（如圖（tú）3a所示）進一步說明了三維（wéi）結構（gòu）及石墨烯材料的優勢，雖（suī）然該打印的螺旋二十四麵體（Gyroid）結構（gòu）體（tǐ）積與實際體積有21個（gè）數量（liàng）級之大，但在一定程度上仍印證了石墨烯在該領域的前景。美國勞倫斯·利弗莫（mò）爾（ěr）國家實驗室Marcus A. Worsley團隊也利用（yòng）3D打印技術獲得石墨烯微晶格氣凝膠（如圖3b所示（shì）），該打印的漿料（liào）是將氧（yǎng）化石墨烯超聲分散於水中，再混（hún）入增強劑（如氣相二氧化矽等）獲得，3D打印結束後在氮氣中1050℃ 高（gāo）溫退火處理對氧化石墨烯進行（háng）熱還原，並利用化（huà）學溶劑刻蝕掉二（èr）氧化矽等物質以獲得純（chún）石墨烯微晶格氣凝膠，該結構與普（pǔ）通塊體（tǐ）石（shí）墨（mò）烯的機械性能測試結果表明，3D打（dǎ）印（yìn）的石墨烯更具優勢，楊氏模量（liàng）值（zhí）高一個數量級。

 

2. 電化學儲能方麵

 

除了高機（jī）械性能外，石墨烯材料其實已在很多功能器件裏得到應用，一個典型的例子就是電化（huà）學儲能器件（主要包括電池和超級電容器），目前（qián）三明治結（jié）構和平麵型結構是兩（liǎng）個主流構（gòu）型，Graphene 3D Lab公司就推出的3D打印石（shí）墨烯材料（liào）組裝了三明（míng）治結構電池（chí）（圖4），但公司（sī）沒有透（tòu）露（lù）具體材料（liào）參數及打印細節，據推測（cè）該電池材料中除石墨烯（xī）外，還包括其他具有電化學（xué）活性的物質，而石墨（mò）烯起著很重要（yào）的電化學及機械性能（néng）增（zēng）強作用。

 

 

 

在工業界以外，很多科研院所也注意到3D打印技術（shù）在電池領域（yù）的可行性，伊利（lì）諾伊大學香檳分校Shen J. Dillon課題組聯合哈佛大學的Jennifer A. Lewis課題組於2013年率先利用3D打印技術打印出微型鋰離子電池器件，隨後在（zài）2016年，馬裏蘭大學（xué）的Liangbing Hu課題組注意到了石墨烯（xī）在這一領（lǐng）域的優勢，他們通過氧化石墨烯的引（yǐn）入，獲得石墨烯-活性無機材料（磷（lín）酸鐵鋰（lǐ）或鈦酸（suān）鋰）基複（fù）合漿料，同樣地，打印完（wán）成（chéng）後也采用了高溫熱處理將氧化石墨（mò）烯進（jìn）行了還原後處理，所得到的微型電池顯示出（chū）不錯的電（diàn）化學性能，這主（zhǔ）要得益於石墨烯較高的電導率和比表麵積。可（kě）以看到，科研院所與工業領域的公司有著不同的關注（zhù）點，科研人員更多著眼於未來，關注（zhù）產（chǎn）品的性價比（bǐ）及規模化生產等，比如儲能機理等（děng）其它特性在科學方麵的解釋（shì）和探（tàn）索。

 

3. 高溫（wēn）加熱器（qì）方麵

 

馬裏蘭大學的（de）Liangbing Hu課題組使用3D打印技術製備氧化石墨（mò）烯三維結構，通過碳化還（hái）原，得到（dào）石墨烯（xī）基馬蹄形迷你高溫加熱器（圖5）。當施（shī）加電流在這種加熱器上時（shí），該加熱（rè）器能夠以超快的速度（小於100毫秒）達到非常高（gāo）的溫度（大約3000 K,），加熱速率（lǜ）可以達到（dào）20,000K/s，而且具有優（yōu）越的穩定性（>2000周期，持續保持高溫（wēn）超過一天沒有明顯衰減（jiǎn））。團隊成員介紹：“沒有一種基於金屬或者陶瓷的熔爐（lú）/加熱器可以達（dá）到這樣高的溫度，因為在這樣高的溫度下，大部分的金屬都會溶解，陶瓷也會分（fèn）解。” 值得注意是，石墨（mò）烯導熱係（xì）數高達5300 W·m-1·K-1，高於碳納米管和金剛石，相信3D打印石墨烯技術在導熱方麵也會很有優勢（shì）。

 

 

 

 

4. 生物醫學方（fāng）麵 

 

由於其本身較好的機械（xiè）性能與導電性，石墨烯（xī）材料在生物醫學方麵也獨（dú）具優勢。美國西北大學Ramille N. Shah和（hé）Mark C. Hersam研（yán）究組利用擠出式3D打印技術打印出石墨烯（xī）與一種可降解（jiě）聚酯（PLG）形成的複合材料（信息來源：[6]），由於其獨特的漿料（liào）配方，其中占據較（jiào）大組（zǔ）分的（de）石墨烯（質量（liàng）分數達75%）讓打印出來的結（jié）構具有較好的電導和（hé）機械性能，而剩下的PLG組分是一種具（jù）有生物相容性的材料，能夠（gòu）保證結構柔韌性和穩定性（xìng）。打印（yìn）精度可達100微（wēi）米以下（xià）（打印速（sù）度40毫米（mǐ）/秒），打印（yìn）出來的三維結構被證實可以較穩定（dìng）的應用於（yú）生物醫（yī）學方麵，研究團隊往打印的石墨烯基支架上注入（rù）了幹細胞，最終的結果相當（dāng）出色。首先（xiān），細胞存（cún）活了下來，然後繼續分裂、增殖並轉化成類似神經元的細胞（bāo）.

 

小結：由於篇幅受限，還有很多應用領（lǐng）域在此不能（néng）一一列舉了。總（zǒng）而言之，雖然石墨烯3D打印技術目前隻是處於起步的研（yán）究階段，且很

草莓视频ios（mài）(上海)增材製造技術有限（xiàn）公司是國內3D金屬打印粉末專業的（de）材料（liào）供應（yīng）商，公司成立於2016.8，是一家科技創新型企業，專業致力（lì）於3D金屬粉末耗材開發與工藝開發設計（jì），為增材製造提供材料
應用技術解決方案。

 

草莓视频ios(上海)增材製造技術以金屬3D打印鎳基高溫（wēn）合金粉、鈷合金粉、鈦合金粉、模具鋼粉為核心，生產的球形金屬合金粉粒徑超細、高純度、低含氧量、高球（qiú）形度（dù）、成分無偏析而廣泛用於航空航天、汽車電子和模具中。

 

草莓视频ios(上海（hǎi）)增材製造技術具備完善的產品研（yán）發和嚴格的粉末生產控製能力，能滿足苛（kē）刻環境中（zhōng）的粉末應用要求，為（wéi）用戶提供高品（pǐn）質的合金球形粉，加快了高端球形粉（fěn）國產化進程。