供稿人:侯章浩 田小永 发布日期：2017-10-24
石墨烯（Graphene）由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。气凝胶是一种具有海绵状结构的低密度材料，它可以用于很多重要的用途，比如作为储能原件、热和光的绝缘体等。如何利用3D打印技术制备出具有复杂微观结构的超轻质石墨烯气凝胶材料受到了越来越多的关注。
哈尔滨工业大学联合纽约州立大学布法罗分校和堪萨斯州立大学利用石墨烯氧化物与水的混合物作为“墨水”，通过依需滴落的方式，在零下25摄氏度的温度下将其3D打印到一个表面上。这样每打印出来的一层都会被冰冻住，然后在冰的支持下再打印下一层，从而构建由冰作为悬空空间“支架”的三维气凝胶结构。最后，将产生的气凝胶置于液氮中进行冷冻干燥以去除水分，然后加热使其成为固体气凝胶，并在国际上首次实现了具有悬空复杂拓扑纯三维石墨烯结构可剪裁设计。通过这种技术能够制备出密度范围在每立方米0.5到10千克的气凝胶，大致相当于常规环境中空气密度（约每立方米1.2千克）的不到二分之一，且具有良好的导电性和高压缩性。
通过3D打印工艺制备的石墨烯气凝胶材料在多功能材料、柔性电子器件、储能单元、传感器件、生物化学催化载体、超级电容器等领域具有广阔的应用前景。