供稿人:張曼玉 田小永 發(fā)布日期：2017-09-16
石墨烯具有蜂窩狀結構，厚度為一個碳原子，是富勒烯、碳納米管、石墨等碳的同素異構體的基本組成單元。由于石墨烯獨特的結構，使其具有特殊的物理、化學、力學等性能。如圖1為石墨烯結構
圖1石墨烯結構
圖2導電石墨烯3D打印絲材
石墨烯本身的優(yōu)勢就是質量輕、強度高、導電性好。而石墨烯3D打印目前主流采用的是擠出式3D打?。╡xtrusion-based 3D printing）技術，其核心與關鍵也正是打印過程中所用的絲材，這需要先獲取石墨烯及其衍生物，分散于合適的高粘度高分子材料或其他溶劑中形成絲材并3D打印成所需三維結構，待打印結束后，通過后處理方式提高石墨烯的還原程度及純度[1]。石墨烯3D打印絲材如圖2所示。
美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室Marcus A. Worsley團隊也利用3D打印技術獲得石墨烯微晶格氣凝膠（圖3）[2]。該打印的漿料是將氧化石墨烯超聲分散于水中，再混入增強劑獲得，3D打印結束后在氮氣中1050℃ 高溫退火處理對氧化石墨烯進行熱還原，并利用化學溶劑刻蝕掉二氧化硅等物質以獲得純石墨烯微晶格氣凝膠，該結構與普通塊體石墨烯的機械性能測試結果表明，3D打印的石墨烯更具優(yōu)勢，楊氏模量值高一個數量級。
圖3石墨烯微晶格氣凝膠
圖4 3D打印石墨烯基電池
石墨烯材料的一個典型的例子就是電化學儲能器件（主要包括電池和超級電容器），目前三明治結構和平面型結構是兩個主流構型，Graphene 3D Lab公司就推出的3D打印石墨烯材料組裝了三明治結構電池（圖4），石墨烯起著很重要的電化學及機械性能增強作用。
石墨烯材料在生物醫(yī)學方面也獨具優(yōu)勢。美國西北大學Ramille N. Shah和Mark C. Hersam研究組利用擠出式3D打印技術打印出石墨烯與一種可降解聚酯（PLG）形成的復合材料[3]。打印出來的三維結構被證實可以較穩(wěn)定的應用于生物醫(yī)學方面，研究團隊往打印的石墨烯基支架上注入了干細胞，最終的結果相當出色。首先，細胞存活了下來，然后繼續(xù)分裂、增殖并轉化成類似神經元的細胞。