弗吉尼亞理工大學和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究人員開發了一種用于3D打印石墨烯的新工藝。該工藝打印的石墨烯材料的分辨率比之前高一個數量級。

此前，研究人員只能將石墨烯打印為2D片狀或基本結構。近日，據《材料地平線》（MaterialsHorizons）雜志報道，美國弗吉尼亞理工大學（VirginiaTechCollege）和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LawrenceLivermoreNationalLaboratory）的研究人員合作開發的項目，使石墨烯的超高分辨率3D打印成為了現實。采用這種新技術，理論上可3D打印任何形狀、任何尺寸的石墨烯材料。

石墨烯具有強度高（強度最高的材料之一）、導熱性和導電性好等優點。3D打印石墨烯材料的技術可在諸多領域引發高度關注，如電池、特種、傳感器和催化劑等。石墨烯氣凝膠雖然具有一定的三維結構，性能優于石墨，但其性能仍無法達到某些行業的需求。弗大工程學院助理教授、高級制造與材料實驗室主任鄭曉宇（音譯）說：“現在，研究人員可以設計由相互連接的石墨烯薄片組成的三維拓撲材料了。由此帶來的設計和制造的高自由度，將為石墨烯材料的各項性能帶來巨大改善。”

以往，研究人員只能通過擠壓工藝打印石墨烯，但這種技術只能制造出堆疊于自身表面的簡單結構。鄭分析說：“擠壓工藝可以構筑的石墨烯材料結構有限，分辨率不高。我們的工藝則能以高分辨率獲得各種形狀的石墨烯材料。”

3D打印石墨烯的研究始于3年前，論文第一作者瑞安·亨斯萊（RyanHensleigh）一直跟隨鄭開展這方面的研究。為了利用石墨烯創造出復雜的結構，亨斯萊從氧化石墨烯（石墨烯的前體）出發，通過交聯氧化石墨烯薄片制得多孔水凝膠。然后通過超聲破壞水凝膠，接著加入光敏丙烯酸酯聚合物，再使用微立體光刻技術創造出理想的立體結構。最后，亨斯萊對3D石墨烯材料進行煅燒，除去聚合物并將結構融合在一起。亨斯萊說：“新3D打印技術使打印分辨率達到10微米，遠超其他工藝（100微米）。”鄭補充說：“使用這項技術，不僅可以獲得有復雜三維結構的石墨烯材料，還能保持其固有性質。”