Keemikud loovad 3-D graafeelepruun vahu

A History of Color: Ultramarine (Mai 2019).

Anonim

Rice'i ülikooli ja Hiina Tianjini Ülikooli nanotehnoloogid on kasutanud 3-D laserprintsi, et valmistada aatomiteliselt õhukese grafeeni sentimeetri suurusega objekte.

Uuring võib anda tööstuslikult kasulikke grafeeni koguseid ja seda kirjeldatakse Internetis American Chemical Society ajakirjas ACS Nano uues uuringus.

"See uuring on esimene selline, " ütles Rice'i keemik James Tour, kaasautor koostaja. "Oleme näidanud, kuidas valmistada 3-D grafeeni vahtu nongrapheene lähtematerjalidest, ja meetod võimaldab graafeeni vahtude suurendamist pooride suuruse kontrollimiseks mõeldud lisaainete tootmiseks."

Grafeen, üks kümnendi kõige intensiivsemalt uuritud nanomaterjalidest, on kahesuunaline puhta süsiniku leht, mis on nii ultrastrong kui ka juhtiv. Teadlased loodavad kasutada graafe kõike alates nanoelektroonikast ja õhusõidukitest, mis ei lase lasta, akudele ja luuimplantaatidele. Kuid enamikes tööstuslikes rakendustes on vaja graafeinipõhiseid koguseid kolmemõõtmelises vormis ja teadlased on püüdnud leida lihtsaid 3-D-grafeeni mooduseid.

Näiteks võtsid uurijaid Tour'i laboris kasutusele laserid, pulbristatud suhkur ja nikkel, et teha 3-D grafeeni vaht 2016. aasta lõpus. Selle aasta alguses nad näitasid, et nad võivad tugevdada vahu süsiniku nanotorudega, mis tekitasid materjali, mida nad nimetasid "rebar graphite ", mis võiks säilitada oma kuju, toetades samal ajal 3000 korda oma kaalu. Grafiini ümbermineku tegemine ei olnud lihtne ülesanne. Selleks oli vaja ettevalmistatud 3-D valuvormi, 1000 kraadi Celsiuse keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) protsessi ja ligi kolm tundi soojendamist ja jahutamist.

Viimases uuringus kohandati Tour'i labori meeskond ja Rice's Jun Luo ja Tianjini Naiqin Zhao laborid tavalist 3-D trükkimise tehnikat, et teha grapheinvahtude sõrmejälgede suurusega plokke. Protsess viiakse läbi toatemperatuuril. Valuvormi ei ole vaja ning lähteained on suhkru- ja niklipulber.

"See lihtne ja tõhus meetod kõrvaldab vajaduse nii külmpressvormide kui ka kõrge temperatuuriga südamepuudulikkuse raviks, " ütles kaasautor Junwei Sha, endine Turu labori õpilane, kes on nüüd Tianjini doktorikraadiga teadlane. "Samuti peaks olema võimalik seda protsessi kasutada, et toota spetsiifilisi grafeeni vahte nagu 3-D trükisilindri grafeen ja ka lämmastiku- ja väävliga sulatatud grafeenvaht, muutes lähteainete pulbreid."

Kolm-D laserprinterid töötavad teistsugustel juhtudel kui tuttavad ekstrusioonipõhised 3-D printerid, mis loovad objekte, keerates sulanud plasti läbi nõela, kui nad teevad kindlaks kahemõõtmelised mustrid. 3-D laseriga paagutamisel paistab laser laskunud lameda pinnaga. Kui laser puudutab pulbrit, sulab see pulber tahke kujul. Laser on rasterdatud või liigutatud edasi-tagasi, rida joone järgi, et luua suurema objekti ühtne kahemõõtmeline viil. Seejärel asetatakse selle kihi ülaosale uus kiht pulbrist ja protsessi korratakse kolmemõõtmeliste objektide loomiseks järjestikustel kahemõõtmelistest kihtidest.

Uus riisiprotsess kasutab kaubanduslikult saadaval olevat CO2 laserit. Kui see laser lamas suhkru- ja nikkelipulbrile, suletati suhkur ja nikkel käitus katalüsaatorina. Grafeen moodustub kui segu jahutati pärast seda, kui laser läks järgmises kohas suletavas suhkruasendis, ja Sha ja tema kolleegid viisid läbi põhjaliku uuringu, et leida optimaalne aja ja laserivõimsuse määr, et maksimeerida grafeeni tootmist.

Protsessi käigus loodud vaht on väikese tihedusega, 3-D grafeenivorm, millel on suured poorid, mis moodustavad üle 99 protsendi selle mahust.

"Meie meetodil valmistatud 3-D grafeeni vahud näevad lootust rakendustele, mis nõuavad kiire prototüübi valmistamist ja 3-D süsinikusisaldusega materjalide tootmist, sealhulgas energia ladustamist, summutamist ja heli neeldumist, " ütles kaasloa autor Yilun Li Riis.

menu
menu