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El nuevo proceso de impresión 3D pinta el aerogel de grafeno con un detalle mucho más fino

Materiales

Michael Irving

24 de agosto de 2018

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Una pieza impresa en 3D de aerogel de grafeno, que es tan liviana que puede balancearse sobre una flor de fresa (Crédito: Virginia Tech)

El grafeno es famoso como material bidimensional, pero para realmente aprovechar al máximo las cosas que necesitamos para persuadirlo de nuevo a formas 3D. Ahora, los investigadores de Virginia Tech han desarrollado una nueva forma de imprimir en 3D aerogeles de grafeno con una resolución mucho más alta de lo que era posible anteriormente.

Normalmente, el grafeno toma la forma de una lámina plana de carbono de un solo átomo de espesor, y aunque esto es útil en algunas circunstancias, debe ser tridimensional para su uso práctico. El solo hecho de apilar hojas no lo corta, lo que reduce su resistencia y las propiedades eléctricas, químicas y ópticas únicas. Después de todo, básicamente lo estás convirtiendo de nuevo en simple grafito de esa manera.

Una forma porosa conocida como aerogel de grafeno logra mantener la mayoría de las cualidades del grafeno 2D en una forma tridimensional. El truco es mantener las capas de grafeno separadas unas de otras, lo que hace el aerogel utilizando aire atrapado en sus poros. Otros métodos han involucrado el uso de láseres para forjar el grafeno en formas 3D, comprimirlo en estructuras porosas tipo coral, e imprimirlo en 3D como una espuma, soportado por nanotubos de carbono.

El problema con los aerogeles de grafeno es que no es lo más fácil de moldear en las formas requeridas. En el pasado, se extruyó en filamentos de hasta 100 micrómetros, pero los detalles más finos que eso han estado fuera de alcance. El nuevo estudio se propuso mejorar esa resolución.

"Con esa técnica, hay estructuras muy limitadas que puedes crear porque no hay soporte y la resolución es bastante limitada, por lo que no puedes obtener factores de forma libre", dice Xiaoyu Zheng, un autor de estudiar. "Lo que hicimos fue conseguir que estas capas de grafeno se arquaran en cualquier forma que desee con alta resolución."

Para el nuevo método, los investigadores hacen un hidrogel a partir de óxido de grafeno, completo con láminas reticuladas. Luego se rompe con ultrasonido y se combina con polímeros de acrilato, que son sensibles a la luz. Luego, el equipo puede usar la microestereolitografía de proyección, una forma muy precisa de impresión 3D que puede construir estructuras en la microescala, para crear largas cadenas rígidas del polímero, con óxido de grafeno atrapado en su interior. Finalmente, la mezcla se coloca en un horno, que quema los polímeros y deja atrás el aerogel de grafeno.

Esta técnica, dice el equipo, puede usarse para crear grafeno tridimensional en casi cualquier forma que desee. La resolución también es mucho más fina, hasta 10 micrómetros, por lo que es un orden de magnitud mejor de lo que era posible anteriormente.

"Hemos podido demostrarle que puede hacer una arquitectura tridimensional compleja de grafeno mientras conserva algunas de sus propiedades primarias intrínsecas", dice Zheng. "Por lo general, cuando intentas imprimir en 3D con grafeno o escalar, pierdes la mayoría de sus propiedades mecánicas lucrativas encontradas en su forma de hoja única."

La investigación fue publicada en la revista Material Horizons .

Fuente: Virginia Tech

La nueva técnica permite que el aerogel de grafeno se imprima en 3D en una variedad más amplia de formas (Crédito: Virginia Tech)

Una pieza impresa en 3D de aerogel de grafeno, que es tan liviana que puede balancearse sobre una flor de fresa (Crédito: Virginia Tech)

Imagen de microscopio electrónico de barrido del nuevo grafeno impreso en 3D, a una resolución de 10 micrómetros (Crédito: Virginia Tech)

Una imagen de microscopio electrónico de barrido del nuevo grafeno impreso en 3D, a una escala de 1 micrómetro (Crédito: Virginia Tech)

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