3D-печать открыла миру суперматериал "графен"

Графен обладает исключительной теплопроводностью и проводимостью. С тех пор, как он был впервые успешно изготовлен в 2004 году, он был одобрен научным и техническим сообществом как новый подрывной материал. Из-за его превосходных характеристик многие думают, что 21 век станет «эрой графена».

Академик Китайской академии наук и научный сотрудник Института металлов Китайской академии наук Чэн Хуэймин считает, что графен обладает высокой проводимостью и очень стабильной химической структурой. Это идеальный электродный материал для мобильных аккумуляторов и источников питания. Его можно дополнительно комбинировать с электронными компонентами и электронным оборудованием для увеличения скорости накопления энергии другого оборудования накопления энергии.

Еще одно чудо графена заключается в том, что он обладает «нулевым осмосом» - все газы и жидкости не проникают внутрь. Имеет возможность «вставить иглу и налить воду». Например, покрытие корпуса графеном, ионами тяжелых металлов в морской воде и т. Д. Не может проникнуть через эту пленку и вызвать коррозию корпуса.

Есть еще кое-что для удивления. Графен обладает высокой адсорбционной способностью, и ученые изучают возможность его использования в качестве фильтрующего устройства для опреснения и очистки сточных вод. Он почти полностью прозрачен, имеет очень хорошую светопроницаемость и подходит в качестве сырья для прозрачных электронных продуктов.

Когда графен встречается с 3D-печатью

Хотя большинство настольных 3D-принтеров в настоящее время ограничены пластиковыми проводами, многие эксперты-производители считают, что большая часть творческого потенциала технологии 3D-печати заключается в более широком спектре других материалов и функций применения, таких как графеновые материалы, которые мы сейчас обсуждаем.

9 февраля 2016 года ученые Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) и Калифорнийского университета в Санта-Круз объявили, что они впервые использовали сверхлегкий графеновый гель 3D для печати суперконденсаторов. Это дает разработчикам продукции возможность более свободно и без конструктивных ограничений использовать эффективные системы хранения энергии для смартфонов, носимых устройств, имплантируемых устройств, электромобилей и беспроводных датчиков.

Понятно, что исследовательская группа LLNL использовала процесс 3D-печати, называемый прямым написанием чернилами (прямое письмо чернилами), и собственный дизайн лаборатории из композитных чернил на основе оксида графена для печати микроструктур, создавая суперконденсаторы, которые могут сохранять энергию. Она в 10–100 раз тоньше, чем аналогичная емкость, производимая в настоящее время с использованием электродов.

Эта графеновая «проволока» может печатать микроструктуры, выдавливая первое трехмерное изображение. После того, как графеновый объект напечатан в заданную структуру, графеновый объект необходимо нагреть, чтобы гарантировать, что он обладает всеми свойствами графена. После этого эти объекты, напечатанные на 3D-принтере, можно использовать в различных процессах, сохраняя при этом свои свойства графена.

28 января 2016 года результаты были опубликованы в журнале NanoLetters. Эта технология преодолевает ограничения 2D-производства и использует ее для создания множества сложных 3D-структур. Эта технология позволяет оставить в смартфоне небольшое пространство для системы хранения энергии. Суперконденсатор заряжается очень быстро и теоретически для полной зарядки требуется всего несколько минут или секунд.

Еще одним примечательным событием, касающимся сочетания технологии 3D-печати и графена, является то, что 23 ноября 2015 года известная компания по производству материалов для 3D-печати Graphen3DLab объявила внешнему миру через свой веб-сайт электронной коммерции о запуске нового материала для 3D-печати GraphenFlex Foam. (эластичная пена графен).

GrapheneFlexFoam - это многослойная независимая гибкая графеновая пена, которая сочетает в себе проводящие эластичные композиты со сверхлегкой графеновой пеной. Эта пена на самом деле представляет собой высокопроводящее трехмерное химическое осаждение из паровой фазы (CVD), которое сочетается с композитными материалами и, таким образом, обладает множеством превосходных свойств графена. В качестве мягкого пеноматериала материал имеет легкий вес, изменяемую пористую структуру, прост в использовании и обращении.

GrapheneFlexFoam - это высококачественный базовый материал для изготовления электродов ионных батарей. Он очень подходит для ношения электронных изделий, потому что электронные устройства, датчики и провода очень нуждаются в этом гибком носимом материале.

Будущее хорошее, «ВСЭ» выглядит бесконечно.

Как высокотехнологичный углеродный материал, графен может произвести революцию в сенсорных экранах, полупроводниках, фотовольтаике, литиевых батареях, оптических устройствах, авиации, военной технике, светодиодах, лазерах и других областях. Однако графен еще не получил промышленного развития из-за высоких цен. Некоторые аналитики считают, что после того, как графен будет индустриализирован, его объем производства составит не менее одного триллиона. Если исследования, разработки и применение пойдут хорошо, нам, возможно, вскоре придется использовать этот материал постоянно.

В настоящее время графеновая промышленность включена в национальный стратегический план. «Сделано в Китае 2025» выбрало 10 основных преимуществ и стратегических отраслей для достижения ключевых достижений. В первой ключевой области технологической дорожной карты графеновые материалы стали одной из четырех основных областей передовых материалов. Кроме того, ключевыми проектами являются транспортные средства на новой энергии «13-й пятилетки», а графен и другие новые материалы также перечислены в качестве ключевых областей развития.

Представители отрасли считают, что с помощью графена люди могут разрабатывать энергетические решения следующего поколения, такие как солнечные элементы или аккумуляторы для мобильных телефонов, которые можно полностью зарядить за считанные минуты. Некоторые даже предполагают, что новые ультраконденсаторы для 3D-печати могут быть использованы в будущем для создания уникальных электронных продуктов, которые в настоящее время сложно производить или даже невозможно реализовать другими способами, например, полностью настраиваемые смартфоны или складные устройства. Его производительность также выйдет на небывалый уровень.

Не только в системах хранения энергии, графен имеет уникальные преимущества в обнаружении пищевых токсинов, загрязнения окружающей среды, определенных вирусов и бактерий, например, присоединение оксида графена к белковоподобным структурам определенных токсинов дает усиленный сигнал. Для обнаружения токсинов с помощью высокочувствительных датчиков способность обнаружения в 10 раз выше, чем у обычных датчиков. Кроме того, графен также может использоваться в биомедицинских приложениях, таких как доставка лекарств, лечение рака и биосенсор. Графен обладает множеством уникальных свойств, таких как большая площадь поверхности, биосовместимость и химическая стабильность, что делает графен большим исследовательским потенциалом и долгожданным успехом.

Широко используются новые материалы графен, особенно материалы, армированные графеном для металлических конструкций, имеют очень высокую прикладную ценность при разработке самолетов следующего поколения, производстве высокотемпературных компонентов аэрокосмических двигателей и будущих разработках высокоскоростных самолетов. В настоящее время большое количество алюминиевых сплавов, содержащих графеновые материалы, было выбрано для таких конструкций, как фюзеляж и крылья самолетов C919 и B777, что поможет еще больше снизить вес конструкции фюзеляжа, увеличить срок его службы и значительно снизить производственные затраты. .

Согласно источникам, испанский Graphenano и его китайский партнер Zhengtai недавно также представили полимерные батареи на основе графена. Батареи позволяют электромобилям проезжать 800 километров подряд и заряжаются за считанные минуты. Батареи также можно использовать в домашних условиях. Автомобильная промышленность, даже велосипеды, дроны, кардиостимуляторы и так далее. Компания надеется, что прототипы ячеек будут созданы к середине 2016 года и будут введены в эксплуатацию в конце года.

В дополнение ко всему этому, подавляющее освещение в средствах массовой информации создает у нас впечатление, что графен изменил все аспекты нашей жизни: например, создание водонепроницаемых мембран для решения глобальной проблемы нехватки воды; Замена кремния в существующих электронных продуктах обеспечивает более высокую производительность при меньших объемах.

Слишком много шумихи - это больно.

Помимо несъедобности, несъедобности и термостойкости, графен кажется всемогущим. Раньше мы встречали на выставке розничное графеновое нижнее белье и графеновые средства защиты талии, которые почти уменьшают имидж графена. В Китае люди уже могут покупать самые разные изделия из графена. Новая трехплатная компания Shengquan Group уже выпустила на рынок графеновые носки и нижнее белье. Компания утверждает, что добавила в продукт графеновое волокно из биомассы для «внутреннего нагрева». Это совершенно новое интеллектуальное многофункциональное композитное волокно с такими функциями, как активация иммунных клеток, защита от ультрафиолетовых лучей, улучшение микроциркуляции, антибактериальное ингибирование и согревание и Ян. Также может дезодорировать.

В настоящее время внутренний рынок графена очень "горячий", но за "горячим" также должно быть недостаточно, некоторые компании напрямую используют графен в качестве рекламного и торгового трюка. Слишком много концепций обжаривания графеновых приложений сейчас, чтобы либо позаимствовать графен для увеличения запасов, либо использовать концепции графена для хвастовства своими продуктами, не являются действительно научным графеном.

С точки зрения приложений, графен все еще находится в стадии повествования. Можно только сказать, что степень развития соответствует ожиданиям, а в Китае сочетание производства и исследований даже ниже, чем ожидалось. Ванчжихуа, профессор Университета Цинхуа, публично заявил: «Графен используется в индустрии ИС (самодельные интегральные схемы), и это пустая болтовня в течение пяти лет». Знаете, чрезмерные спекуляции на самом деле являются своего рода вредом.

Многие исследователи отмечали, что графен, как новый материал, действительно вышел на рынок, и этот процесс был «радужным, изворотливым и поворотным». Первый ограничивается материальным производством. Чтобы коммерциализировать графен, необходимо производить недорогие высококачественные графеновые изделия. Однако получить этот графен непросто. По-прежнему существует множество технических проблем, которые невозможно преодолеть с помощью массового производства и крупносерийного производства.

В настоящее время развитие графеновой промышленности в Китае по-прежнему сопряжено с такими проблемами, как высокие производственные затраты, качество продукции, требующее улучшения, и недостаточное взаимодействие между производителями и производителями графена. В графеновой промышленности нет единого национального стандарта, отраслевого стандарта и корпоративного стандарта. Нет научного консенсуса относительно качества, процесса приготовления, испытательного оборудования и методов получения графена. Дальнейший путь развития китайской графеновой индустрии требует не только национального руководства, но также достаточного времени и терпения.

Страница содержит содержимое машинного перевода.