研究人员利用激光3D打印出原子薄石墨烯

近日，莱斯大学和中国天津大学的纳米技术人员正在使用激光3D打印来制造厘米级的原子薄的石墨烯物体。该研究可以帮助创造工业量的石墨烯。

石墨烯是材料科学家非常感兴趣的课题。这是因为其不仅具有很强的强度，而且具有导电性，可用于从纳米电子学到骨植入物的广泛应用。

对于这一研究，最大的挑战是量化合适的3D石墨烯。要做最有用的材料，需要大量的数量，到目前为止，科学家还没有办法以有效的方式制造石墨烯。

莱斯大学和中国天津大学的纳米技术专家团队最近在一项研究项目中使用激光3D打印制造了厘米级的原子薄的石墨烯物体，这项研究项目有可能导致从非石墨烯原材料简单地制造大量石墨烯。

对于研究项目，莱斯化学家James Tour的实验室与天津的Nqin Zhao的实验室合作，适应了普通的 3D打印技术 。使用在室温下进行的技术来制造石墨烯泡沫的指尖块。不需要模具，原材料仅由糖粉和镍粉组成。

天津实验室的前学生、现任天津博士后研究员、共同作者Junei Sha说“这种简单有效的方法不需要冷压模具和高温CVD处理。”

“我们应该能够使用这种方法来生产特定类型的石墨烯泡沫，如3D打印钢筋石墨烯，以及通过改变前体粉末来制备氮和硫掺杂的石墨烯泡沫。”Junei Sha补充说。

研究人员使用二氧化碳激光器来生产石墨烯块，这是激光烧结 3D打印机 所使用的一种。当激光照射到糖和镍粉末上时，糖被熔化，镍作为催化剂。随着混合物冷却，形成具有大孔隙的低密度石墨烯（这些毛孔占材料体积的99％）。

随后，研究人员试图找到最大限度的石墨烯生产时间和激光功率，激光照射过程一再反复重复。

研究人员已经确定了参数的有效组合，认为他们的技术可以在不同领域有很多用途。

“使用我们的方法制作的3D石墨烯泡沫显示了需要 快速成型 和制造3D碳材料的应用，包括能量储存、阻尼和吸音的应用，”Rice的研究生Yilun Li说。

该研究论文已发表在美国化学学会期刊ACS Nano上。其他合著者包括Rodrigo Villegas Salvatierra、Tuo Wang、Pei Dong、Yongsung Ji、Seoung-Ki Lee、Chenhao Zhang、Jibo Zhang和Pulickel Ajayan，以及位于犹他州西约旦的Robert Smith。

Tour说“这项研究是全球首例。我们已经展示了如何从非石墨烯原材料制造3D石墨烯泡沫，并且该方法适用于缩放成具有孔径控制的3D打印应用的石墨烯泡沫。”