p Pesquisadores da Virginia Tech e do Lawrence Livermore National Laboratory desenvolveram uma nova maneira de imprimir objetos complexos em 3D de um dos materiais de melhor desempenho usados ​​nas indústrias de bateria e aeroespacial. p Anteriormente, pesquisadores só puderam imprimir este material, conhecido como grafeno, em folhas 2-D ou estruturas básicas. Mas os engenheiros da Virginia Tech agora colaboraram em um projeto que lhes permite imprimir objetos de grafeno em 3-D em uma resolução de uma ordem de magnitude maior do que antes impressa, que desbloqueia a capacidade de criar teoricamente qualquer tamanho ou forma de grafeno.

p Por causa de sua força - o grafeno é um dos materiais mais fortes já testados na Terra - e sua alta condutividade térmica e elétrica, Objetos de grafeno impresso em 3-D seriam altamente cobiçados em certas indústrias, incluindo baterias, aeroespacial, separação, gerenciamento de calor, sensores, e catálise.

p O grafeno é uma única camada de átomos de carbono organizada em uma rede hexagonal. Quando as folhas de grafeno são empilhadas ordenadamente umas sobre as outras e formadas em uma forma tridimensional, torna-se grafite, comumente conhecido como "chumbo" em lápis.

p Porque o grafite é simplesmente grafeno empacotado, tem propriedades mecânicas bastante fracas. Mas se as folhas de grafeno são separadas por poros cheios de ar, a estrutura tridimensional pode manter suas propriedades. Essa estrutura porosa de grafeno é chamada de aerogel de grafeno.

p "Agora, um designer pode projetar uma topologia tridimensional composta de folhas de grafeno interconectadas, "disse Xiaoyu" Rayne "Zheng, professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia e diretor do Laboratório de Manufatura Avançada e Metamateriais. "Este novo design e liberdade de fabricação levarão à otimização da resistência, condutividade, transporte em massa, força, e densidade de peso que não são alcançáveis ​​em aerogéis de grafeno. "

p Zheng, também membro do corpo docente afiliado do Instituto de Inovação de Macromoléculas, recebeu bolsas para estudar materiais em nanoescala e escalá-los para materiais leves e funcionais para aplicações aeroespaciais, automóveis, e baterias.

p Anteriormente, pesquisadores podem imprimir grafeno usando um processo de extrusão, tipo como apertar pasta de dente, mas essa técnica só poderia criar objetos simples que se empilhavam sobre si mesmos.

p "Com essa técnica, existem estruturas muito limitadas que você pode criar porque não há suporte e a resolução é bastante limitada, então você não pode obter fatores de forma livre, "Zheng disse." O que fizemos foi fazer com que essas camadas de grafeno fossem arquitetadas em qualquer forma desejada com alta resolução. "

p Este projeto começou há três anos, quando Ryan Hensleigh, o autor principal do artigo e agora um Ph.D. em Ciência e Engenharia Macromolecular no terceiro ano. aluna, começou um estágio no Laboratório Nacional Lawrence Livermore em Livermore, Califórnia. Hensleigh começou a trabalhar com Zheng, que era então membro da equipe técnica do Laboratório Nacional Lawrence Livermore. Quando Zheng entrou para o corpo docente da Virginia Tech em 2016, Hensleigh seguiu como aluno e continuou trabalhando neste projeto.

p Para criar essas estruturas complexas, Hensleigh começou com óxido de grafeno, um precursor do grafeno, reticulação das folhas para formar um hidrogel poroso. Quebrando o hidrogel de óxido de grafeno com ultrassom e adicionando polímeros de acrilato sensíveis à luz, Hensleigh poderia usar a micro-estereolitografia de projeção para criar a estrutura sólida 3-D desejada com o óxido de grafeno preso no longo, cadeias rígidas de polímero acrilato. Finalmente, Hensleigh colocaria a estrutura 3-D em uma fornalha para queimar os polímeros e fundir o objeto, deixando para trás um aerogel de grafeno puro e leve.

p "É um avanço significativo em comparação com o que foi feito, "Hensleigh disse." Podemos acessar praticamente qualquer estrutura desejada que você quiser. " que foi publicado recentemente com colaboradores do Lawrence Livermore National Laboratory no jornal Horizontes de materiais , é que os pesquisadores criaram estruturas de grafeno com uma resolução uma ordem de magnitude mais fina do que jamais impressa. Hensleigh disse que outros processos podem imprimir até 100 mícrons, mas a nova técnica permite que ele imprima até 10 mícrons em resolução, que se aproxima do tamanho das folhas de grafeno reais.

p "Conseguimos mostrar que você pode fazer um complexo, arquitetura tridimensional do grafeno, embora ainda preservando algumas de suas propriedades principais intrínsecas, "Disse Zheng." Normalmente, quando você tenta imprimir grafeno em 3D ou aumentar a escala, você perde a maior parte de suas lucrativas propriedades mecânicas encontradas em sua forma de folha única. "