Graphene یک ماده است که هیجان زیادی را، در صنعت پرینت سه بعدی و فراتر از آن، تولید کرده است. آن بیش از 100 بار قوی تر از فولاد است، سبک است و رسانای فوق العاده ی الکتریسیته و گرما است. تنها مشکل گرافین، به نظر می رسد، این است که تولید در تعداد زیاد مشکل است، یا حداقل تا به امروز. محققان در دانشگاه Rice و دانشگاه Tianjin در حال تلاش هستند که این چالش را از پیش رو بردارند، آنها توسط پرینت سه بعدی قطعات گرافین چندسانتی متری، به نتایجی دست یافته اند.
این تحقیق در مقاله ای با عنوان “Three-Dimensional Printed Graphene Foams,” چاپ شده است و از طریق لینک زیر قابل دسترسی است:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b01987
این دستاورد می تواند منتج به تولید انبوه گرافین برای کاربردهای صنعتی شود.
James Tour، شیمیدان دانشگاه Rice و یکی از نویسندگان مقاله ی اشاره شده، می گوید: این تحقیق در نوع خود اولین است. ما نشان داده ایم چگونه می توان از مواد نانوگرافینی کف گرافین سه بعدی ساخت، و این روش مناسب کاربردهای additive manufacturing است.
در سال 2016، محققان در آزمایشگاه دانشگاه Tour شروع به ساخت کف گرافینی با استفاده از نیکل، لیزر، و شکر پودر شده کردند. امسال، آنها تحقیق خود را با تقویت این کف با لوله های بسیار کوچک (در حد نانو) کربنی، ادامه دادند و یک ماده به نام "گرافین تقویت شده" ساختند. این گرافین تقویت شده به اندازه ای مستحکم بود که تا 3000 برابر وزن خود را می تواند تحمل کند و در عین حال شکل خود را حفظ می کند. با این حال این کار بسیار سخت بود، و نیاز به یک قالب از پیش ساخته شده دارد، یک فرایند تزریق بخار شیمیایی 1000 درجه ای و تقریبا 3 ساعت حرارت دادن و سرد کردن.
حالا، آزمایشگاه دانشگاه Tour همراه با دو آزمایشگاه دیگر از دانشگاه های Rice و Tianjin، به یک روش دیگر برای ساخت این مواد دست یافته است: پرینت سه بعدی. با استفاده از نیکل و شکر پودر شده، محققان یک روش پرینت سه بعدی لیزر محور را برای تولید قالب های کوچک کف گرافین پیدا کردند. با استفاده از این روش نیازی به قالب نیست، و این فرایند می تواند در دمای اتاق پیاده شود.
Junwei Sha، یکی از نویسندگان اول این مقاله و دانشجوی سابق در آزمایشگاه Tour و کسی که در حال حاضر دوره ی فوق دکتری خود را در Tianjin سپری می کند، گفت: این روش ساده و موثر نیازی به قالب های سرد و پروسه ی CVD حرارت بالا نیازی ندارد. ما همچنین باید بتوانیم از این فرایند برای تولید انواع خاص کف گرافین مانند گرافین تقویت شده ی پرینت شده و همچنین کف گرافین تحت نیتروژن و سولفور، با تغییر پودرهای پیش ماده، استفاده کنیم.
این محققان از یک لیزر CO2 موجود، برای ذوب شکر استفاده کردند، در حالیکه نیکل به مانند یک کاتالیست عمل می کند، و با سرد شدن مخلوط گرافین را تشکیل می دهد. آنها یک تحقیق جامع برای تعیین مقدار بهینه ی زمان و توان لیزر برای حداکثر کردن تولید گرافین، انجام دادند. نتیجه ی این تحقیق یک گرافین سبک کم چگال، با حفره های بزرگ که 99 درصد حجم را تشکیل می دهند، است.
Yilun Li، یکی از نویسندگان اول این مقاله و دانشجوی فارغ التحصیل Rice، گفت: کف های گرافینی سه بعدی که توسط روش ما ساخته شدند، مناسب کاربردهایی که به نمونه سازی اولیه ی سریع و تولید مواد کربنی سه بعدی، ذخیره ی انرژی، جذب صدا و رطوبت نیاز دارند، هستند.
نویسندگان این تحقیق عبارتند از:
Junwei Sha, Yilun Li, Rodrigo Villegas Salvatierra, Tuo Wang, Pei Dong, Yongsung Ji, Seoung-Ki Lee, Chenhao Zhang, Jibo Zhang, Robert H. Smith, Pulickel M. Ajayan, Jun Lou, Naiqin Zhao, and James M. Tour