Обнаруженный в 2004 году, он в 1 миллион раз тоньше человеческого волоса, в 300 раз прочнее стали и является наиболее известным проводником тепла и электричества. Эти качества могут, среди прочего, сделать компьютеры более быстрыми, аккумуляторы — более мощными, а солнечные батареи — более эффективными.
Но с материалом трудно манипулировать, кроме его двухмерной формы.Недавно ученые разлили суспензию оксида графена, гелеобразную форму материала, в формы для замораживания, чтобы создать трехмерные объекты. Процесс работает, но только с простыми структурами, имеющими ограниченное коммерческое применение.Другой вариант — использовать трехмерный принтер.
В этом случае ученые обычно смешивают графен с полимером или другим загустителем. Это помогает предотвратить разрушение конструкции.
Но когда полимер удаляется термическим способом, он повреждает хрупкую структуру.Исследовательская группа, состоящая из инженеров из Университета Буффало, Государственного университета Канзаса и Харбинского технологического института в Китае, могла решить эту проблему.В исследовании, опубликованном 10 февраля в журнале Small, описывается, как команда использовала модифицированный трехмерный принтер и замороженную воду для создания кубов в форме решетки и трехмерной фермы с выступами из оксида графена.
Эти структуры могут стать важным шагом на пути к коммерческому использованию графена в электронике, медицинских диагностических приборах и других отраслях промышленности.«Графеном, как известно, трудно манипулировать, но построенные нами структуры показывают, что можно контролировать его форму в трехмерных формах», — сказал Чи Чжоу, доцент кафедры промышленной и системной инженерии Школы инженерии и прикладных наук UB, и автор-корреспондент исследования.Чжоу является членом Sustainable Manufacturing and Advanced Robotic Technologies (SMART), сообщества передового опыта UB, созданного в 2015 году; он также является членом Центра передового опыта штата Нью-Йорк UB в области информатики материалов.В своих экспериментах исследовательская группа смешала оксид графена с водой.
Затем они напечатали решетчатый каркас на поверхности с температурой -25 ° C. Графен зажат между слоями замороженного льда, которые действуют как структурная опора.После завершения процесса решетка погружается в жидкий азот, что способствует образованию еще более прочных водородных связей. Затем решетку помещают в морозильную сушилку, где лед превращается в газ и удаляется.
Конечным результатом является сложная трехмерная структура из графенового аэрогеля, сохраняющая свою форму при комнатной температуре.«Держа графен в холодной среде, мы смогли гарантировать, что он сохранил форму, которую мы разработали. Это важный шаг на пути к превращению графена в коммерчески жизнеспособный материал», — сказал Донг Линь, доцент кафедры промышленных и производственных систем.
Университет штата Канзас и другой автор-корреспондент исследования.Исследователи планируют опираться на свои открытия, исследуя, как создавать структуры аэрогеля, образованные из нескольких материалов.