近日，蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院在3D打印多功能石墨烯智能結(jié)構(gòu)材料研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)TOP期刊ACS Nano(2016-2017年影響因子13.942,，中科院JCR分區(qū)一區(qū))，論文題目為：“Three-Dimensional Printing Hollow Polymer Template-Mediated Graphene Lattices with Tailorable Architectures and Multifunctional Properties”。

石墨烯（Graphene）獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)賦予了其優(yōu)異的力、電、光、熱等性能。如何實(shí)現(xiàn)石墨烯材料的功能宏觀體可控構(gòu)筑，實(shí)現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)在多尺度上的可控設(shè)計(jì)和優(yōu)化布局，對(duì)于推動(dòng)石墨烯微納尺度優(yōu)異特性在宏觀大尺度利用和多功能化發(fā)展具有重要的意義。目前，已報(bào)道石墨烯宏觀體制備方法有水熱反應(yīng)或超臨界干燥技術(shù)等，受限于材料在成型過程中的反應(yīng)成型容器的簡(jiǎn)單形態(tài)，所制備的材料存在結(jié)構(gòu)形態(tài)可剪裁性差和力學(xué)性能調(diào)變性弱等挑戰(zhàn)。 3D打印石墨烯功能材料由于精確的多尺度結(jié)構(gòu)剪裁和新穎的幾何形態(tài)設(shè)計(jì)，較傳統(tǒng)的碳納米材料展現(xiàn)出更優(yōu)的力、電、熱學(xué)等性能調(diào)控特性，是目前石墨烯多功能材料研究重要的前沿領(lǐng)域之一。

蘭州大學(xué)青年教師張強(qiáng)強(qiáng)與美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)Dong Lin博士和紐約州立大學(xué)水牛城分析Chi Zhou博士展開合作，就石墨烯宏觀構(gòu)筑體多尺度成型的3D打印制備關(guān)鍵技術(shù)開展研究。首先，采用立體光刻3D打印技術(shù)（3D stereolithography），在宏觀大尺度設(shè)計(jì)和構(gòu)建了具有一定幾何結(jié)構(gòu)形態(tài)的高分子支撐模板結(jié)構(gòu)。然后，將具有良好的流動(dòng)性的氧化石墨烯混合液注入高分子模板結(jié)構(gòu)，經(jīng)過改進(jìn)的水熱反應(yīng)和冷凍干燥工藝，在微納尺度上石墨烯的微觀孔結(jié)構(gòu)特征和空間取向得到有效控制。最后，經(jīng)過熱刻蝕處理去除高分子模板后，得到宏觀上具有連續(xù)3D鏤空特征、微觀上具有有序排布類蜂窩多孔結(jié)構(gòu)的三維石墨烯結(jié)構(gòu)形式?；?D打印模板輔助剪裁和微觀自組裝調(diào)控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)石墨烯宏觀體幾何結(jié)構(gòu)形態(tài)的多尺度可控制備。該研究豐富了石墨烯材料可控制備手段，制備的石墨烯多功能體結(jié)構(gòu)材料表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、高導(dǎo)電、低導(dǎo)熱、大吸附容量、高焦耳熱等特性，使其可廣泛應(yīng)用于環(huán)境除污、重油吸附、隔熱材料、電極器件、超材料設(shè)計(jì)、智能傳感器以及生物組織支架等領(lǐng)域。

該研究成果受到國(guó)家自然科學(xué)基金（51702142）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)重點(diǎn)項(xiàng)目（lzujbky-2017-k17）、西部災(zāi)害與環(huán)境力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金、高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃(111計(jì)劃)資助（B14044）。

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