p Nanotecnologistas da Rice University e da China Tianjin University usaram a impressão a laser 3-D para fabricar objetos de grafeno atomicamente fino do tamanho de um centímetro. p A pesquisa pode render quantidades industrialmente úteis de grafeno a granel e é descrita online em um novo estudo no jornal American Chemical Society ACS Nano .

p "Este estudo é o primeiro de seu tipo, "disse o químico de arroz James Tour, co-autor correspondente do artigo. "Mostramos como fazer espumas de grafeno 3-D a partir de materiais de partida não-grafenos, e o método se presta a ser dimensionado para espumas de grafeno para aplicações de manufatura aditiva com controle de tamanho de poro. "

p Grafeno, um dos nanomateriais mais intensamente estudados da década, é uma folha bidimensional de carbono puro que é ultraforte e condutiva. Os cientistas esperam usar o grafeno para tudo, desde nanoeletrônica e descongeladores de aeronaves a baterias e implantes ósseos. Mas a maioria das aplicações industriais exigiria grandes quantidades de grafeno em uma forma tridimensional, e os cientistas têm lutado para encontrar maneiras simples de criar grafeno 3-D em massa.

p Por exemplo, pesquisadores do laboratório de Tour começaram a usar lasers, açúcar em pó e níquel para fazer espuma de grafeno 3-D no final de 2016. No início deste ano, eles mostraram que poderiam reforçar a espuma com nanotubos de carbono, que produziu um material que eles apelidaram de "grafeno de vergalhão" que poderia manter sua forma enquanto suportava 3, 000 vezes o seu próprio peso. Mas fazer o grafeno do vergalhão não era uma tarefa simples. Exigia um molde 3-D pré-fabricado, a 1, Processo de deposição de vapor químico (CVD) de 000 graus Celsius e quase três horas de aquecimento e resfriamento.

p No último estudo, uma equipe do laboratório da Tour e dos laboratórios de Jun Luo de Rice e Naiqin Zhao de Tianjin adaptou uma técnica de impressão 3-D comum para fazer blocos de espuma de grafeno do tamanho da ponta de um dedo. O processo é conduzido à temperatura ambiente. Não são necessários moldes e os materiais de partida são açúcar em pó e níquel em pó.

p "Este método simples e eficiente elimina a necessidade de moldes de prensagem a frio e tratamento CVD de alta temperatura, "disse o co-autor Junwei Sha, um ex-aluno do laboratório do Tour que agora é um pesquisador de pós-doutorado em Tianjin. "Devemos também ser capazes de usar este processo para produzir tipos específicos de espuma de grafeno como grafeno vergalhão impresso em 3-D, bem como espuma de grafeno dopada com nitrogênio e enxofre, alterando os pós precursores."

p As impressoras a laser tridimensionais funcionam de maneira diferente das impressoras tridimensionais mais conhecidas, baseadas em extrusão, que criam objetos espremendo plástico derretido através de uma agulha enquanto traçam padrões bidimensionais. Na sinterização a laser 3-D, um laser ilumina uma camada plana de pó. Onde quer que o laser toque o pó, ele derrete ou sinteriza o pó em uma forma sólida. O laser é rasterizado, ou movido para frente e para trás, linha por linha para criar uma única fatia bidimensional de um objeto maior. Em seguida, uma nova camada de pó é colocada sobre o topo dessa camada e o processo é repetido para construir objetos tridimensionais a partir de camadas bidimensionais sucessivas.

p O novo processo Rice usou um laser de CO2 disponível comercialmente. Quando este laser foi direcionado para o pó de açúcar e níquel, o açúcar foi derretido e o níquel funcionou como um catalisador. O grafeno se formou à medida que a mistura esfriava após o laser ter se movido para derreter o açúcar no próximo ponto, e Sha e colegas conduziram um estudo exaustivo para encontrar a quantidade ideal de tempo e potência do laser para maximizar a produção de grafeno.

p A espuma criada pelo processo é de baixa densidade, Forma 3-D de grafeno com poros dilatados que representam mais de 99% de seu volume.

p "As espumas de grafeno 3-D preparadas por nosso método são promissoras para aplicações que requerem prototipagem rápida e fabricação de materiais de carbono 3-D, incluindo armazenamento de energia, amortecimento e absorção de som, "disse o co-autor Yilun Li, um estudante de graduação na Rice.