竟然能用3D打印出比空氣還輕的材料

氣凝膠（Aerogels）是世界上最輕的材料之一。石墨烯氣凝膠（Graphene aerogel）又是該品類中最輕的一種——一大塊放在小棉花球上都不會(huì)有壓痕。

據(jù)美國(guó)網(wǎng)站QUARTZ報(bào)道，這種材料的密度約為水的千分之一，比空氣還輕！超低密度的氣凝膠應(yīng)用范圍極廣，研究人員發(fā)現(xiàn)，它可以用來吸取漏油、制作“隱形”斗篷等。

目前，紐約州立大學(xué)水牛城分校（State University of New York at Buffalo，簡(jiǎn)稱SUNY Buffalo）科學(xué)家在《Small》期刊上發(fā)表的文章表示，已經(jīng)知道如何用3D打印技術(shù)打印石墨烯氣凝膠，但目前僅限于實(shí)驗(yàn)室的原型。

石墨烯只是一個(gè)碳原子單層。自2004年首次成功分離以來，因強(qiáng)度、柔軟性和傳導(dǎo)性等特性備受追捧。本質(zhì)上，氣凝膠是一種用空氣代替液體的凝膠。石墨烯氣凝膠因高壓縮性和強(qiáng)導(dǎo)電性聞名。這些特性均源自材料本身的結(jié)構(gòu)，但卻給3D打印技術(shù)生產(chǎn)帶來了難點(diǎn)。

通常來說，為了能用噴墨打印機(jī)打印，會(huì)在3D打印氣凝膠的核心材料中混合聚合物等其它原料，結(jié)構(gòu)形成后，用化學(xué)手段移除聚合物即可。但對(duì)石墨烯氣凝膠而言，這樣做無疑會(huì)破壞其結(jié)構(gòu)。

SUNY Buffalo的研究人員給出了解決方案。他們將石墨烯氧化物——石墨烯和氧原子與水混合，再在－25℃的接觸面上加層——能立即凍住每一層。有了冰的支撐，也不會(huì)打斷氣凝膠的生成。

完成上述過程后，在不破壞微結(jié)構(gòu)的前提下，用“冷凍干燥”的液氮移除冰塊，排出水。之后再加熱材料排除氧原子，這樣氣凝膠中就只剩下了石墨烯。最后得到的固體的密度約為0.5～10kg/m3。截至目前，世界上最輕的氣凝膠密度為0.16 kg/m3。

在將科技轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用的過程中，3D打印材料越來越重要。3D打印機(jī)能根據(jù)需求，創(chuàng)造特定形狀和形式的物體。例如，3D打印不僅能幫助氣凝膠行業(yè)更快的創(chuàng)新，還能生產(chǎn)已經(jīng)停產(chǎn)的舊模型部件。

據(jù)介紹，SUNY Buffalo研究人員目前正拓展他們的3D打印技術(shù)，創(chuàng)造其它類型的氣凝膠。