絕對(duì)的重大突破！西北大學(xué)研發(fā)出新型3D打印用石墨烯墨水

幾個(gè)月之前，南極熊小編曾報(bào)道過(guò)一支西北大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在3D打印石墨烯結(jié)構(gòu)的可能性研究上取得了重大突破。而現(xiàn)在，這支由Ramille Shah領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研發(fā)出了一種3D打印用石墨烯墨水，使用它3D打印出的物體拉伸度高達(dá)數(shù)厘米。墨水含有60%的石墨烯，它們占據(jù)了其整體重量的75%。

石墨烯材料可謂3D打印領(lǐng)域的圣杯，它是一種以苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積構(gòu)成2D碳結(jié)構(gòu)。這意味著它能夠以任意尺寸被制作成任意形狀。而它的性能則更加有趣：不僅重量輕，具有柔韌性，而且非常堅(jiān)硬（比鋼鐵強(qiáng)100倍）。它還具有超高的導(dǎo)熱率和極低的電阻率，并且可與人體的細(xì)胞組織相容。總之，它對(duì)各種技術(shù)與醫(yī)療應(yīng)用來(lái)說(shuō)都是絕佳的材料。


這種石墨烯墨水比之前的任何3D可打印材料都含有更多的石墨烯成分。這意味著石墨烯的電子與機(jī)械性能可以立即發(fā)揮作用。而且，墨水其它部分含有的生物相容性可降解聚酯（PLG）令其具有相當(dāng)?shù)娜犴g性，并且能夠安全用于醫(yī)療領(lǐng)域。

“石墨烯的3D打印已經(jīng)被嘗試過(guò)。不過(guò)那通常僅僅是一種石墨烯含量低于20%的高分子復(fù)合材料，”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，來(lái)自McCormick工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)系的助理教授Ramille Shah在她學(xué)校的網(wǎng)站中寫(xiě)道。這就意味著這些所謂的“石墨烯”材料并不能復(fù)制石墨烯的性質(zhì)，它們?nèi)匀淮嗳醪⑶乙姿�。而新型墨水的石墨烯含量盡管也只有60-70%，不過(guò)這個(gè)數(shù)字已經(jīng)足以讓它具備所有的石墨烯性質(zhì)了。

“它是一種液體墨水，”Shah解釋說(shuō)，“當(dāng)被擠出后，系統(tǒng)中的一種溶劑便會(huì)立即蒸發(fā)掉，造成結(jié)構(gòu)的瞬間固化。其它溶劑的存在和它們與特殊聚合物粘合劑的反應(yīng)也對(duì)最終的柔韌性和其它性質(zhì)有著重要的貢獻(xiàn)。因?yàn)樗�能夠保持形狀，所以我們可以�?gòu)建更大的，更確定的物體�！边@種墨水已經(jīng)在最近的ACS Nano上被詳細(xì)描述，標(biāo)題為“應(yīng)用于電子與生物醫(yī)學(xué)的高濃度石墨烯支架的3D打印”。

據(jù)南極熊小編的了解，到目前為止，這種應(yīng)用了石墨烯3D打印支架的生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)非常成功。作為一種測(cè)試，Shah的團(tuán)隊(duì)將一些石墨烯支架植入了干細(xì)胞，得到了極好的效果。細(xì)胞不僅活了下來(lái)，而且可以分裂增殖，甚至轉(zhuǎn)化成神經(jīng)細(xì)胞�！罢麄�(gè)過(guò)程不含有任何額外的生長(zhǎng)因素或通常用于促使細(xì)胞分化的引導(dǎo)信號(hào)，”Shah表示，“能夠僅僅使用一種材料而不需要混合其它更復(fù)雜或更昂貴的介質(zhì)將會(huì)是最理想的情況�！�

團(tuán)隊(duì)還設(shè)想了傳感器、植入物和其它種類(lèi)的結(jié)構(gòu)�！凹�(xì)胞生來(lái)就能導(dǎo)電，尤其是神經(jīng)細(xì)胞。所以如果處于可以傳到信號(hào)的基質(zhì)上，它們就能在更長(zhǎng)的距離上互相交流�！盨hah表示。新型墨水的秘密就在于石墨烯被嵌入到了微小的片狀結(jié)構(gòu)。這使得墨水具有高粘稠性，但是擠出動(dòng)作重組了所有的片狀結(jié)構(gòu)，從而創(chuàng)造出了具有石墨烯特性的單一線材。使用該線材可以以40mm/s的速度，在100微米的分辨率下實(shí)現(xiàn)3D打印。此外，材料的彈性還可以通過(guò)改變石墨烯和高分子聚合物的配比得到調(diào)整。
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