新的研究显示了研究者如何利用3D打印技术和冰来克服气凝胶的反复无常的超材料性能。

如图为布法罗大学的一个国际研究小组的工程师制备的三维石墨烯。图片来源:纽约州立大学布法罗分校。

石墨烯是一种具有很大潜力的材料。

2004年，人类发现了比人类头发细100万倍，比钢强300倍，热和电性能突出的导体。这些性能可以让电脑更快、电池和太阳能电池板的效率更高。

但是这种材料很难制作成三维结构材料。

最近，科学家把氧化石墨烯悬浮液，一种凝胶状的物质，注入冻结模具来制作3D材料。这一过程取得成功，但仅限于有限的商业应用的简单结构。

另一种方法是使用3D打印机。在这种情况下，科学家通常将石墨烯与聚合物或其他增稠剂混合，防止结构的分崩离析。但是，聚合物在热移除的过程中会损害材料的结构。

布法罗大学，堪萨斯州立大学和哈尔滨工业大学的工程师合作组成的一个研究小组，已经解决了这个问题。

2月10日，该研究结果发表在Small上，题为“使用一种改性的3D打印机和冷冻水与石墨烯氧化物制作晶格多维数据集和三维悬臂桁架”。该结构是重要的使石墨烯在电子商业、医疗诊断设备等行业应用的一项成果。

乌兰巴托的工程和应用科学学院的工业与系统工程助理教授，同时也是该研究的通讯作者Chi Zhou指出：“石墨烯是出了名的难以操作，但我们的研究表明，可以控制其形状制作出三维形式的石墨烯材料。”

Zhou 是2015年推出的乌兰巴托推出的卓越项目——可持续生产和先进的机器人技术(SMART)——的成员，他还是乌兰巴托纽约州卓越中心的材料信息的成员。

在他们的实验中，研究者将氧化石墨烯与水混合，在-25摄氏度的情况下在表面印刷格子框架。将石墨烯层夹在冻结冰层（作为支撑结构）中间。

该过程中，晶格浸入液氮，有助于形成更强的氢键。晶格放置在冷冻干燥机上，冰变成气体后去除。最终的结果是在室温下形成一个复杂的三维结构的石墨烯气凝胶，并保持其形状。

堪萨斯州州立大学工业和制造业系统工程助理教授Dong Lin，同时也是该研究的通讯作者，他说：“通过在低温下保持石墨烯的形状，我们能够确保石墨烯保持我们设计的形状。这是重要的使石墨烯成为商业上可行的材料的一步。”

研究人员计划将进一步研究如何制作多种材料形成的气凝胶结构。

新材料在线编译整理——翻译：陈琼      校正：摩天轮