Ученые из Университета Райса научились печатать на лазерном 3D-принтере объекты из графеновой пены сантиметрового размера. Примечательно, что исходными компонентами для графена являлась смесь сахара и порошкообразного никеля. Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.

Графен представляет собой одноатомный слой из атомов углерода. Из-за этого большинство людей воспринимает этот материал как тонкую пленку, которую сложно применять на практике. Но относительно недавно графен стали получать и в объемном виде, в котором графеновые «хлопья» небольшого размера скрепляются между собой под разными углами и образуют объемную пористую структуру.

Именно такую структуру удалось получить химикам из Университета Райса. Их новая работа стала продолжением предыдущей, в которой для создания графеновой пены ученым приходилось использовать химическое осаждение из газовой фазы при температуре около тысячи градусов Цельсия, а также специальную формовочную емкость. Теперь исследователи смогли адаптировать технологию лазерной печати для своих нужд и таким образом смогли проводить синтез при комнатной температуре.

Технология устроена следующим образом. Сначала готовилась смесь из сахарозы и порошка никеля в соотношении 1:6 по массе. Затем смесь помещалась в специальный контейнер под лазером. Дальнейший процесс напоминал селективное лазерное спекание, при котором лазерный луч сканирует поверхность порошка и спекает его в заданных местах. В данном случае попадающий на смесь лазерный луч превращал сахарозу в графен, а никель являлся катализатором процесса. После завершения одного слоя на него наносилась новая порция порошка и процесс повторялся до получения цельного изделия.

Схема послойного создания изделия из графеновой пены заданной формы. Junwei Sha et al. / ACS Nano, 2017

Полученная графеновая пена обладала крайне низкой плотностью 0,015 грамм на кубический сантиметр и долей пор в общем объеме более 99 процентов. Помимо этого полученный материал оказался довольно прочным, благодаря чему ученые предполагают, что его можно будет использовать для быстрого прототипирования и создания различных устройств, к примеру графеновых аккумуляторов.

Недавно смежные группы исследователей из Университета Райса представили и другие работы, посвященные лазерному получению графена. К примеру, выяснилось, что полученный из полимерной пленки графен обладает сильным антимикробным действием. А меняя газовую среду во время синтеза такого графена, ученые смогли добиться его разного отношения к воде: от супергидрофильного до супергидрофобного.

Автор: Григорий Копиев