Home 3D-Science Nieuwe techniek voor het 3D-printen van grafeen aerogels

Nieuwe techniek voor het 3D-printen van grafeen aerogels

5 min lezen
0

Onderzoekers van de Kansas State University hebben een nieuwe techniek ontwikkeld voor het 3D-printen van een grafeen aerogel met complexe microstructuren. De techniek combineert drop-on-demand 3D printen met freeze casting.

kstate1

Aerogel is nuttig voor een aantal zaken. De sponsachtige materialen met hun lage dichtheid kunnen gebruikt worden als thermische en optische isolatoren en sinds een aantal jaren kunnen ze ook geproduceerd worden met bepaalde 3D-printers. Grafeen aerogels zijn misschien wel het neusje van de zalm, omdat ze in potentie kunnen worden gebruikt als batterijen en katalysatoren in elektronische componenten.

kstate2

K-State wetenschappers hebben nu een nieuwe 3D-printingtechniek ontwikkeld voor de productie van grafeen aerogels, waarvan de onderzoekers hopen dat die zal leiden tot nieuwe toepassingen voor het materiaal. Ontwikkeling van de werkwijze is niet eenvoudig, maar omdat grafeen notoir moeilijk te manipuleren is. Om ermee te kunnen 3D-printen, is het nodig om de viscositeit van grafeen te veranderen, dus het is echt moeilijk.

kstate4

De meest gebruikte werkwijze voor het produceren van grafeen aerogels gaat met een inkjetprinter die een mengsel van grafeen en polymeren of silica extrudeert. De ongewenste polymeren of silica kunnen achteraf worden verbrand of verwijderd met een chemisch proces, maar beide van deze stappen kunnen mogelijk schade toebrengen aan de structuur van grafeen. Zoals bij vele 3D-printtoepassingen, kan het ook moeilijk zijn om een ​​structuur met overhangen te produceren. Het team wilde daarom een ​​nieuwe werkwijze ontwikkelen voor het 3D-printen van grafeen aerogels.

kstate5

De techniek die is ontwikkeld door de onderzoekers van K-State lost de problemen op die doorgaans geassocieerd worden met het 3D-printen van grafeen aerogels, door het opnemen van bevries-gieten (freeze casting) in het 3D-printproces. Waar de meest gangbare wijze juist bij hoge of kamertemperatuur worden uitgevoerd, printen de onderzoekers van K-State hun aerogel bij -25°C. Bij dergelijke lage temperaturen, bevriest elke laag bevroor steeds, zodat het team een met ijs ondersteunde grafeen oxide structuur kan opbouwen. Bij elke nieuw aangebrachte laag grafeen oxide, smelt het bevroren materiaal de bevroren toplaag. Hierdoor konden de lagen vrij mengen en hechten voordat ze opnieuw vastvriezen in de koude omgeving, een werkwijze die de structurele integriteit van de 3D-print verbetert doordat het de vorming van waterstofbindingen stimuleert. Een tweede printer-nozzle die gevuld wordt met alleen water werd aldus gebruikt om ijs te maken voor de support structuur.

kstate3

De 3D-geprinte grafeen aerogel werd tenslotte gevriesdroogd in vloeibare stikstof om haar te ontdoen van al het water dat was afgezet door de tweede printer nozzle, alvorens het thermisch gereduceerd werd tot grafeen. Het team kon aerogels printen met dichtheden variërend van 0,5 tot 10 mg / cm3, elk met goede elektrische geleidbaarheid en hoge samendrukbaarheid.

Toon meer gerelateerde berichten
Toon meer door Maarten Verkoren
Toon meer in 3D-Science

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Bekijk ook

Is de Foodini 3D-voedselprinter al wat opgeschoten?

Voedsel kant en klaar uit de printer. Al in 2013 verschenen de eerste artikelen over deze …