《ACS Omega》：光固化制備氧化石墨烯液態(tài)晶體

導讀：石墨烯是已知最強的材料。然而，將這種強度從微觀層面轉化為更有實用價值的宏觀層面的挑戰(zhàn)仍然沒有實現(xiàn)。從氧化石墨烯液晶中制備固體結構，可以制造出具有優(yōu)良機械性能的紙張和纖維。傳統(tǒng)上通常使用真空過濾、濕法紡絲和冷凍干燥技術進行此結構�，F(xiàn)在3D打印技術也能用于制造氧化石墨烯液晶固體結構了，而且獲得的強度水平極高，如果你感興趣，就跟隨南極熊一起看下去吧！

2022年6月28日，南極熊獲悉，來自蒙特利爾康考迪亞大學的研究人員正在探索氧化石墨烯液晶的光固化3D打印技術，以使材料具有前所未有的強度水平。他們的研究已經(jīng)發(fā)表在 《ACS Omega》期刊上，題目為《Photocuring Graphene Oxide Liquid Crystals for High-Strength
Structural Materials》（《光固化氧化石墨烯液態(tài)晶體用于制備高強度的結構材料》）。


十多年來，石墨烯一直成為頭條新聞，它是有望解決許多工程挑戰(zhàn)的神奇材料之一。該材料具有高強度重量比、出色的導熱性和導電性、耐腐蝕性和耐磨性。但是很遺憾，人們還沒有能夠將石墨烯用于實際應用的能力，這也是許多研究人員一直研究的重點。

南極熊獲悉，Concordia團隊現(xiàn)正在使用光固化技術生產(chǎn)自組裝氧化石墨烯結構。他們所制備的氧化石墨烯片的尺寸很大，而且十分復雜。


△通過光固化生產(chǎn)的大型氧化石墨烯片

石墨烯——已知最強的材料
Novoselov等人于2004年發(fā)現(xiàn)了石墨烯，并因此獲得了諾貝爾物理學獎。石墨烯只有一個原子厚，比人的頭發(fā)細大約一百萬倍，但楊氏模量為1TPa，抗拉強度130GPa, 這是迄今為止已知的最強材料。

將氧化石墨烯片自組裝成液晶是一種有前景的方法，因為這些從這些液晶中可以制備所需的宏觀結構。到目前為止，已經(jīng)產(chǎn)生了大量的宏觀（盡管很�。┑慕Y構，例如紙、纖維和氣凝膠。有許多生產(chǎn)這些結構的方法，包括濕紡、冷凍干燥和真空過濾。雖然這些方法可以保持液晶相中的有序結構，但用這些方法產(chǎn)生的固體結構的厚度和復雜性都會受到限制。


△各種氧化石墨烯片的 SEM 成像。

光固化打印
為了解決傳統(tǒng)制造的局限性，Concordia團隊選擇了光固化技術。為了制備氧化石墨烯片，他們首先將石墨烯分散在酒精中，并混合在一種市售的光引發(fā)劑中，與目前許多3D打印樹脂中使用的光引發(fā)劑相同。


△打印材料制備過程

研究人員發(fā)現(xiàn)，利用紫外線將石墨烯從液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)，他們可以成功地將所得混合物固化成氧化石墨烯薄片。研究人員還對新型光固化氧化石墨烯紙進行了拉伸測試，結果表明其機械性能與通過常規(guī)真空過濾制備的基準氧化石墨烯紙相當。


△拉伸測試

展望


研究人員證明了利用光固化制備氧化石墨烯液晶是可行的。與目前的真空過濾或濕紡等方法相比，光固化氧化石墨烯液晶可實現(xiàn)更厚且可能更復雜的結構。Concordia 團隊希望將這種方法應用于全尺寸立體光刻3D打印，以期制造出由石墨烯制成的大型 3D 結構。

原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsomega.2c02084