Американські вчені розробили метод друку графенових аерогелів з довільною структурою і роздільною здатністю на рівні десяти мікрометрів. На відміну від інших методів, новий спосіб дозволяє домогтися не тільки більшого дозволу, а й більш високих механічних властивостей, розповідають автори в.
Графен - це одноатомний шар з атомів вуглецю, і зазвичай вчені та інженери використовують його саме в такому вигляді або у вигляді пластівців, що складаються з декількох шарів. Самі по собі графенові площини мають вкрай високі механічні характеристики, в тому числі межу міцності на розтягнення. Але при створенні об'ємних структур з графену зберегти ці властивості складно, тому що графенові пластівці розподіляються хаотично і велика частина навантаження на них носить згинаючий, а не розтягуючий характер. Крім того, одна з проблем при створенні об'ємних графенових структур полягає в тому, що поки методи для 3D-друку цим матеріалом мають низьку роздільну здатність.
Група дослідників під керівництвом Маркуса Ворслі (Marcus Worsley) з Ліверморської національної лабораторії розробила метод 3D-друку графеном, що дозволяє домогтися високої роздільної здатності друку і частково зберегти вихідні механічні властивості графена. Ви можете розділити процес друку на декілька етапів. Спочатку вчені створюють суміш з пластівців оксиду графену, а також фотовідверджуваного акрилатного полімеру і фотоініціатора. Друк відбувається за допомогою методу проекційної мікростереолітографії, при якому рідка вихідна суміш знаходиться в піддоні і освітлюється випромінювачем, який змушує полімер затвердіти в заданих місцях.
Надрукована на 3D-принтері структура - це заготівля, що складається в основному з полімеру. Після друку її піддають піролізу і практично весь полімер видаляється, залишаючи структуру, що складається з сполучених між собою площин графена. Оскільки під час друку полімер та графенові пластівці розподіляються за матеріалом рівномірно, після піролізу структура надрукованого об'єкта зберігається, хоча її розмір помітно зменшується.
Дослідження на скануючому електронному мікроскопі показали, що метод дозволяє друкувати структури з мінімальним розміром елементів близько десяти мікрометрів, що приблизно в десять разів менше, ніж інші методи для друку графенових пористих структур. Крім того, дослідники з'ясували, що надрукований ними матеріал виявився більш міцним при рівній щільності при порівнянні з пористими графеновими матеріалами з інших робіт. Також матеріал має меншу деградацію механічних властивостей при зменшенні щільності. Вчені пов'язують це з тим, що завдяки обраному ними процесу друку і піролізу в кінцевій структурі при навантаженні превалює розтягнення, а не стиснення.
Минулого року інша група американських вчених також розробила метод друку пористих графенових структур. Помітна відмінність їх роботи полягає у вихідних матеріалах - в якості них виступає суміш цукру і порошкоподібного нікелю.