中科院蘇州納米所錢波團(tuán)隊的郭浩等人提出一種3D打印層狀石墨烯氣凝膠的新策略規模。應(yīng)用3D打印定制的針對不同氧化石墨烯墨水的狹縫擠出頭近年來，并在墨水中加入叔丁醇，抑制冰晶生長發展目標奮鬥，最后應(yīng)用定制擠出頭3D打印制備得到層狀石墨烯氣凝膠技術先進，實現(xiàn)相比同類材料更高的電導(dǎo)率和電磁屏蔽性能，以及高靈敏壓阻傳感性能延伸。

圖1 3D打印層狀石墨烯氣凝膠及其電磁屏蔽和壓力傳感特性

二維材料氣凝膠因其在電磁屏蔽認為、傳感器、柔性器件新趨勢、超級電容器及油污吸附等方面的應(yīng)用吸引了人們廣泛的研究興趣反應能力。由于二維材料本身的各向異性特性，相比各向同性結(jié)構(gòu)學習，層狀二維材料氣凝膠在特定方向展示出優(yōu)異的機(jī)械奮戰不懈、電子、熱性能措施。然而大大縮短，目前制備層狀結(jié)構(gòu)二維材料氣凝膠的方法較少要落實好，比較常用的是定向冷凍方法，但該制備方法在尺寸和形狀上尚缺乏自由度更默契了，在性能上也仍有提升的空間先進技術。同時由于，二維材料分散液具有剪切變稀的特性不合理波動，在剪切力的作用下深入，可以實現(xiàn)液晶形態(tài)的取向分布，如果能充分利用這一特性前沿技術，將有望通過擠出裝置實現(xiàn)取向結(jié)構(gòu)二維材料氣凝膠的制備基礎，從而提升樣品制備的自由度，并進(jìn)一步提升材料性能多種方式。

中科院蘇州納米所錢波團(tuán)隊的郭浩等人針對這一問題對外開放，提出一種3D打印層狀石墨烯氣凝膠的新策略。為充分利用氧化石墨烯墨水的剪切變稀特性深入交流研討，研究團(tuán)隊根據(jù)不用配方墨水的剪切變稀特性定制設(shè)計并應(yīng)用摩方精密nanoArch S140高精度光固化3D打印機(jī)制備了可使對應(yīng)氧化石墨烯墨水實現(xiàn)長程有序液晶形態(tài)的狹縫擠出頭資料，狹縫尺寸50 μm，應(yīng)用該擠出頭在冷凍襯底上逐層3D打印相對應(yīng)墨水關註度。由于氧化石墨烯水基墨水中的水在冷凍襯底上結(jié)晶生成大尺寸冰晶橫向協同，這將破壞狹縫擠出氧化石墨烯的液晶形態(tài)，為解決這一問題敢於挑戰，團(tuán)隊通過調(diào)節(jié)叔丁醇在墨水中的含量不斷創新，減小了冷凍襯底上冰晶生長的尺寸，從而降低了冷凍過程對于取向結(jié)構(gòu)的破壞提供了遵循，最終通過冷凍干燥和化學(xué)還原實現(xiàn)了層狀結(jié)構(gòu)石墨烯氣凝膠的制備參與水平。

圖2 根據(jù)墨水的流變性能設(shè)計并打印擠出頭

研究顯示，通過3D打印新策略制備的石墨烯氣凝膠的層狀結(jié)構(gòu)清晰服務效率。得益于該層狀結(jié)構(gòu)明確相關要求，本研究3D打印的石墨烯氣凝膠展示出比同類石墨烯氣凝膠更高的電導(dǎo)率（705.6 S m^?1）、更高的電磁屏蔽性能（3 mm樣品在X波段可實現(xiàn)最高電磁屏蔽能效68.75 dB）統籌發展，并可實現(xiàn)高靈敏的壓阻傳感性能（清晰的語音和脈搏信號傳感分辨能力）深化涉外。

圖3 通過墨水配方調(diào)控獲得良好層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠

圖4 3D打印層狀石墨烯氣凝膠的電導(dǎo)率和電磁屏蔽性能

圖5 3D打印層狀石墨烯氣凝膠的力學(xué)和傳感性能

    研究者相信，此項研究將為具有剪切變稀性能的材料制備層狀取向結(jié)構(gòu)材料提供一條新的路徑逐漸完善，為納米材料通過3D打印有序可控組裝并實現(xiàn)更高的性能提供一個新的思路參與能力。相關(guān)論文在線發(fā)表在《Advanced Materials Technologies》上。蘇州納米所郭浩為本文第一作者異常狀況，錢波為本文通訊作者研究，蘇州大學(xué)石學(xué)軍為本文的軟件模擬提供了支持。